Как правильно производить расчеты и давать характеристику химических реакций
Характеристика реакции горения аммиака
Задача 356.
Дайте развернутую характеристику химической реакции:
4NH3(г) + 5O2(г) → 4NO(г) + 6H2O(г) + Q
Решение:
Характеристика реакции горения аммиака:
1. Необратимая реакция. Данная реакции практически протекают только в одном направлении, до полного расходования одного из исходных веществ. Образовавшиеся продукты реакции NO и H2O не взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ.
2. Гомогенная реакция. Эта реакция протекает между веществами, находящимися в одной газовой фазе.
3. Экзотермическая реакция. Реакция сопровождается потерей энергии системой и выделением тепла во внешнюю среду. При написании химических реакций в конце экзотермических ставят "+ Q".
4. Окислительно-восстановительная реакция (ОВР). Это реакция, в ходе которой степени окисления веществ изменяются (степень окисления азота увеличилась с -3 до +2, а у кислорода - уменьшилась с 0 до -2). При этом произошел обмен электронами между атомами.
5. Каталитическая реакция. Реакция, которая идет с участием платинового катализатора.
Молярный коэффициент поглощения комплекса
Задача 357.
Рассчитайте молярный коэффициент поглощения комплекса свинца (ΙΙ) с эрихром черным Т (состава комплекса 1 : 1), если известно, что оптическая плотность раствора, содержащего 2,07 мг/л свинца (ΙΙ) и избыток реагента, при 440 нм в кювете длиной 0,5 см равна 0,315. Поглощением реагента в этой области можно пренебречь.
Решение:
Молярный коэффициент поглощения рассчитывается по формуле:
ɛ = А/(l . C), где
ɛ — молярный коэффициент поглощения, л/(моль . см);
A — оптическая плотность (количество света определенной длины волны, который был поглощен образцом), единица безразмерная;
l — расстояние, пройденное светом в растворе, см;
С — концентрация раствора (количество изучаемых молекул в единице объема), моль/л.
Рассчитаем концентрацию раствора в молях комплекса свинца (ΙΙ), получим:
С = (m(Pb)/1000)/М(Pb) = (2,07/1000)/207 =
= 0,00001 моль/л.
Рассчитаем молярный коэффициент поглощения комплекса свинца (ΙΙ) подставив численные значения А l и С в формулу ɛ = А/(l . C), получим:
ɛ = А/(l . C) = 0,315/(0,00001 . 0,5) =
= 63000 л/(моль . см) =
= 6,3 . 104 л/(моль . см).
Ответ: ɛ = 6,3 . 104 л/(моль . см).
Температуры плавления и кипения бора
Задача 358.
Почему бор имеет высокую прочность и температуры кипения и плавления?
Решение:
Кристаллическая решетка бора имеет правильную ромбоэдрическую структуру строения и величинами a = 1 0,17 и c = 65,18 А, дающими коэффициент соотношения, равный 0,576 и это придает ей (решетке) высокую твердость. Особенности строения кристаллической решетки бора обусловливают его прочность, т. к. каждый атом находится в центре икосаэдра (ромбоэдрическую структура) и связан ковалентными связями. При этом каждый атом плотно связан с 12 соседними атомами.
Связи атомов бора из-за равномерного расположения атомов бора в углах кристаллической решетки (состоит из почти правильных икосаэдров B12) становятся прочными, поэтому бор образует очень твердое вещество, уступает по твердости только алмазу. Несмотря на всю свою твердость, бор обладает хрупкостью, но имеет высокие температуры кипения и плавления.
Бор имеет несколько кристаллических модификаций: α-ромбоэдрическая форма (плотность 2,45 г/см3) состоит из почти правильных икосаэдров B12 в слегка деформированной кубической плотнейшей упаковке. Термодинамически наиболее устойчивая β-ромбоэдрическая модификация (плотность 2,35 г/см3) имеет структуру, содержащую 105 атомов бора в элементарной ячейке; основной структурный элемент можно описать как центральный икосаэдр B12, окруженный икосаэдром из икосаэдров.
Расчет производительности катализатора
Задача 359.
Конверсия метана с водяным паром протекает в реакторе при 1000 °С и 10 МПа, который загружен катализатором весом 1000 кг. Какова производительность катализатора, если установка производит 18 т/сут. водорода?
Решение:
Под производительностью катализатора подразумевают количество вещества, получающееся в единицу времени с единицы площади поверхности (Sk), массы (mk) или объема (Vk) катализатора. Производительность катализатора рассчитаем по формуле:
Ak = m/(mk . t), где
m − масса получаемого вещества; τ − время протекания процесса.
Массу продукта выразим в килограммах, а время в часах.
Тогда
Ak = [18000 кг/(1000 кг . 24 час)] . 1000 = 750 кг/(кг . час).
Таким образом, активность катализатора при получении водорода равна 750 кг/(кг . час).
Реакции металлов с соляной кислотой
Задача 360.
Вещество реагирует с разбавленной соляной кислотой. Полученная соль вступает в реакцию с гидроксидом калия с образованием осадка. Осадок выделили и прокалили, получив оксид и воду. Определите, о каком веществе может идти речь в задании (выберите все возможные варианты): Al, Ag, Li, Ca.
Решение:
Из предложенных металлов: Al, Ag, Li, Ca с разбавленной соляной кислотой реагируют Al, Li и Ca с образованием соответствующих хлоридов. Из хлоридов алюминия, лития и кальция с гидроксидом калия реагирует с образованием осадка только хлорид алюминия, при этом образуется нерастворимое основание - гидроксид алюминия. Хлориды лития и кальция с гидроксидами щелочных металлов не вступают в реакции обмена, так как соответствующие гидроксиды растворимы в воде.
Алюминий легко растворяется в соляной кислоте:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑.
Хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:
AlCl3 + 3КOH(разб.) → Al(OH)3↓ + 3КCl.
Гидроксид алюминия разлагается при нагревании:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O.
Вычисление массы образовавшейся соли
Задача 361.
Кальций карбоната массой 300 г залили раствором хлоридной кислоты массой 2 кг с массовой долей кислоты 10%. Вычислить массу образовавшейся соли.
Решение:
М(CaCO3) = 100 г/моль;
M(HCl) = 36,5 г/моль;
m(p-pa) = 2 кг = 2000 г;
w%(HCl) = 10% = 0,1;
m(CaCO3) = 300 г;
M(CaCl2) = 111 г/моль;
m(CaCl2) = ?
Уравнение реакции имеет вид:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2
Из уравнения реакции вытекает, что на образование 1 моль хлорида кальция затрачивается 2 моль соляной кислоты и 1 моль карбоната кальция, т.е.
2n(HCl) = n(CaCl2) = n(CaCO3).
1. Рассчитаем количество кислоты, получим:
n(HCl) = [m(p-pa) . w%(HCl)]/M(HCl) =
= (2000 . 0,1)/36,5 = 5,48 моль.
2. Рассчитаем количество карбоната кальция, получим:
n(CaCO3) = m(CaCO3)/M(CaCO3) = 300/100 = 3 моль.
Так как n(HCl) : n(CaCO3) = 2 : 1, а 5,48 : 3 = 1,8 : 1, значит НCl взят в недостатке, поэтому расчет будем вести по расходу соляной кислоты.
3. Рассчитаем массу образовавшегося хлорида кальция, получим:
n(CaCl2) = 1/2n(HCl) = 0,5 . 5,48 = 2,74 моль;
m(CaCl2) = n(CaCl2) . M(CaCl2) = (2,74 . 111) = 304,14 г.
Ответ: m(CaCl2) = 304,14 г.
