В лаборатории имеется 5%-ный раствор сульфата натрия (р—1,04 г/см3) и кристаллическая (десятиводная) глауберова соль. В каких соотношениях их необходимо взять, чтобы приготовить 20%-ный раствор сульфата натрия? ответ подтвердите расчетом.
1) Скорость прямого процесса (v_пр) равна k_пр*[CO]*[H2O], где k_пр - гомогенная константа скорости прямого процесса, [CO] - концентрация CO и [H2O] - концентрация водяного пара. В свою очередь, скорость обратного процесса (v_обр) равна k_обр*[CO2]*[H2], где k_обр - гомогенная константа скорости обратного процесса, [CO2] - концентрация CO2 и [H2] - концентрация водорода. В принципе концентрации реагентов можно заменить их парциальными давлениями. В условиях динамического равновесия v_пр = v_обр. 2) Скорость прямого процесса v_пр = k_пр*[H2O], где k_пр - гетерогенная константа скорости прямого процесса, [H2O] - концентрация водяного пара. Скорость обратного процесса v_обр = k_обр*[H2], где k_обр - гетерогенная константа скорости обратного процесса, [H2] - концентрация водорода. 3) К_р (константа равновесия) = exp(-dG/kT), где dG - энергия Гиббса ПРЯМОЙ реакции, k - константа Больцмана, T - температура. 4) Прямая реакция ЭКЗОТЕРМИЧНА (тепловой эффект составляет примерно - 60 кДж/моль) . Следовательно, с ростом температуры равновесие сместится в ОБРАТНОМ направлении (т. е. , в сторону продуктов) .
Интересно. NO2 безвозвратно уйдет, а вот кислород, получившийся при разложении нитрата, пойдет на окисление меди. Однако, чтобы масса смеси не изменилась, необходимо, чтобы какое-то количество кислорода воздуха также перешло в оксид.
Хорошо. Так как никаких конкретных чисел не дано, то примем химическое количество исходной смеси за 1 моль. Пускай нитрата меди было х моль, тогда чистой меди было (1-х) моль. Молярная масса нитрата - 188 г/моль, оксида меди - 80 г/моль. Тогда общая масса смеси - 188х+80-80х=(108х+80) грамм. Запомним это.
Вернемся к уравнению реакции разложения нитрата. По коэффициентам выходит, что из х моль нитрата образовалось х моль оксида меди, 2х моль оксида азота и х/2 моль кислорода. Как мы уже выяснили, оксид азота полностью уходит из системы. Сколько именно? Молярная масса равна 46 г/моль. 2х*46=92х грамм - вот сколько. Что же получается? Получается так, что именно столько же кислорода (по массе) должно перейти из воздуха в оксид меди, чтобы возместить потерю оксида азота. Какое химическое количество кислорода выйдет? Молярная масса кислорода - 32 г/моль. 92х/32=2,875х - именно столько.
Итак, из нитрата меди образовалось х/2 моль кислорода (иначе говоря, 0,5х), а из воздуха перешло 2,875х. Всего - 2,875х+0,5х=3,375х моль. Что с ним реагирует? Медь из смеси. Вернемся к нашему уравнению номер 2.
2Cu+O2-->2CuO Мы знаем, что кислорода было 3,375х моль, а количество меди мы приняли равным 1-х моль. Так как коэффициенты между медью и кислородом равны 2:1, то домножим количество кислорода на 2. 3,375х*2=6,75х моль.
А теперь мы можем приравнять эти количества, ведь в соответствии с коэффициентами они стали равны!
6,75х=1-х 7,75х=1 х=0,129
За х мы приняли количество нитрата меди, то есть оно было равно 0,129 моль, тогда количество чистой меди было равно 1-0,129=0,871 моль.
Пересчитаем на массу. Нитрата меди было 0,129*188=24,252 грамм, а меди - 0,871*64=55,744 грамм.
Осталось посчитать массовые доли! Масса всей смеси выходит равна 24,252+55,744≈80 грамм. Тогда массовая доля нитрата меди равна 24,252/80≈0,3 (то есть 30%), а меди, соответственно - 100%-30%=70%
Задача решена! ответ: массовая доля нитрата меди - 30%, чистой меди - 70%
1) Скорость прямого процесса (v_пр) равна k_пр*[CO]*[H2O], где k_пр - гомогенная константа скорости прямого процесса, [CO] - концентрация CO и [H2O] - концентрация водяного пара. В свою очередь, скорость обратного процесса (v_обр) равна k_обр*[CO2]*[H2], где k_обр - гомогенная константа скорости обратного процесса, [CO2] - концентрация CO2 и [H2] - концентрация водорода. В принципе концентрации реагентов можно заменить их парциальными давлениями. В условиях динамического равновесия v_пр = v_обр.
2) Скорость прямого процесса v_пр = k_пр*[H2O], где k_пр - гетерогенная константа скорости прямого процесса, [H2O] - концентрация водяного пара. Скорость обратного процесса v_обр = k_обр*[H2], где k_обр - гетерогенная константа скорости обратного процесса, [H2] - концентрация водорода.
3) К_р (константа равновесия) = exp(-dG/kT), где dG - энергия Гиббса ПРЯМОЙ реакции, k - константа Больцмана, T - температура.
4) Прямая реакция ЭКЗОТЕРМИЧНА (тепловой эффект составляет примерно - 60 кДж/моль) . Следовательно, с ростом температуры равновесие сместится в ОБРАТНОМ направлении (т. е. , в сторону продуктов) .
2Cu+O2-->2CuO (2)
Интересно. NO2 безвозвратно уйдет, а вот кислород, получившийся при разложении нитрата, пойдет на окисление меди. Однако, чтобы масса смеси не изменилась, необходимо, чтобы какое-то количество кислорода воздуха также перешло в оксид.
Хорошо. Так как никаких конкретных чисел не дано, то примем химическое количество исходной смеси за 1 моль. Пускай нитрата меди было х моль, тогда чистой меди было (1-х) моль. Молярная масса нитрата - 188 г/моль, оксида меди - 80 г/моль. Тогда общая масса смеси - 188х+80-80х=(108х+80) грамм. Запомним это.
Вернемся к уравнению реакции разложения нитрата. По коэффициентам выходит, что из х моль нитрата образовалось х моль оксида меди, 2х моль оксида азота и х/2 моль кислорода. Как мы уже выяснили, оксид азота полностью уходит из системы. Сколько именно? Молярная масса равна 46 г/моль. 2х*46=92х грамм - вот сколько. Что же получается? Получается так, что именно столько же кислорода (по массе) должно перейти из воздуха в оксид меди, чтобы возместить потерю оксида азота. Какое химическое количество кислорода выйдет? Молярная масса кислорода - 32 г/моль. 92х/32=2,875х - именно столько.
Итак, из нитрата меди образовалось х/2 моль кислорода (иначе говоря, 0,5х), а из воздуха перешло 2,875х. Всего - 2,875х+0,5х=3,375х моль. Что с ним реагирует? Медь из смеси. Вернемся к нашему уравнению номер 2.
2Cu+O2-->2CuO
Мы знаем, что кислорода было 3,375х моль, а количество меди мы приняли равным 1-х моль. Так как коэффициенты между медью и кислородом равны 2:1, то домножим количество кислорода на 2. 3,375х*2=6,75х моль.
А теперь мы можем приравнять эти количества, ведь в соответствии с коэффициентами они стали равны!
6,75х=1-х
7,75х=1
х=0,129
За х мы приняли количество нитрата меди, то есть оно было равно 0,129 моль, тогда количество чистой меди было равно 1-0,129=0,871 моль.
Пересчитаем на массу. Нитрата меди было 0,129*188=24,252 грамм, а меди - 0,871*64=55,744 грамм.
Осталось посчитать массовые доли! Масса всей смеси выходит равна 24,252+55,744≈80 грамм. Тогда массовая доля нитрата меди равна 24,252/80≈0,3 (то есть 30%), а меди, соответственно - 100%-30%=70%
Задача решена! ответ: массовая доля нитрата меди - 30%, чистой меди - 70%