pdf2 - WordPress.com

Deváté cvičení z FCH2 – Chemické rovnováhy, pH, součin rozpustnosti
Vztahy důležité pro dnešní cvičení
Rozsah reakce ξ
𝑛𝑖 = 𝑛𝑖,𝑝𝑜č + 𝜈𝑖 𝜉
Stupeň disociace 𝛼
𝛼=
Reakční Gibbsova energie
Δ𝐺𝑟 = ∑𝑘𝑖=1 𝜈𝑖 𝜇𝑖 = ∑𝑘𝑖=1 𝜈𝑖 (𝜇𝑖𝑜 + 𝑹𝑇 ln 𝑎𝑖 ) = Δ𝐺𝑟𝑜 + 𝑹𝑇 ln ∏𝑘𝑖=1 𝑎𝑖 𝑖
Rovnovážná konstanta K
Δ𝐺𝑟𝑜 = −𝑹𝑇 ln 𝐾
Rovnovážná podmínka
𝜈𝑖
𝐾 = ∏𝑘𝑖=1 𝑎𝑖,𝑒𝑞
Definice pH
pH = − log 𝑎𝐻 +
Aktivita – definice
𝑎𝑖,𝑝𝑙𝑦𝑛𝑛á 𝑙á𝑡𝑘𝑎 =
𝑛𝑘𝑙íč,𝑝𝑜čá𝑡𝑒𝑘 −𝑛𝑘𝑙íč
𝑛𝑘𝑙íč,𝑝𝑜čá𝑡𝑒𝑘
𝜈
𝑓𝑖
𝑓𝑜
=
𝜑𝑖 𝑝 𝑖
𝑓𝑜
𝑎𝑖,𝑧ř𝑒𝑑ě𝑛á 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑙𝑛á 𝑙á𝑡𝑘𝑎 =
𝛾𝑖 𝑐𝑖
𝑐𝑖𝑜
𝑎𝑖,č𝑖𝑠𝑡á 𝑝𝑒𝑣𝑛á 𝑛𝑒𝑏𝑜 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑙𝑛á 𝑙á𝑡𝑘𝑎 = 1
Debyeův-Hückelův zákon
log 𝛾± = −𝑧𝐾 𝑧𝐴 𝐴 √𝐼
Iontová síla
𝐼=
1
2
∑(𝑖𝑜𝑛𝑡𝑦) 𝑚𝑗 𝑧𝑗2
Příklady
1.
Vypočítejte zastoupení jednotlivých izomerů pentanu (v mol.%) po dosažení izomerační
rovnováhy při teplotě 400 K, jestliže soustava obsahovala na počátku pouze plynný pentan.
Slučovací Gibbsovy energie čistých izomerů pentanu mají při teplotě 400 K tyto hodnoty (v
kJ/mol): pentan 40,21; 2-methylbutan 34,35; 2,2-dimethylpropan 37,66. (Zdroj: http://www.vscht.cz/
fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/77)
Řešení: 64,88 mol.% 2-methylbutanu; 23,98 mol.% 2,2-dimethylpropanu; 11,14 mol.% pentanu
2.
Slučovací Gibbsova energie amoniaku při teplotě 400 K má hodnotu -5,73 kJ/mol. Do reaktoru,
ve kterém byla udržována teplota 400 K a tlak 400 kPa, byla umístěna směs 60 mol.% amoniaku,
15 mol.% dusíku a 25 mol.% vodíku. Určete, zda se reakční směs bude za těchto podmínek
obohacovat o amoniak nebo o vodík. Předpokládejte ideální chování plynů. (Zdroj:
http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/58)
Řešení: ΔGr = -1,925 kJ/mol, tj. vzniká amoniak.
3.
Plynný vodík se vede přes vrstvu pevného sulfidu měďnatého; přitom probíhá reakce
CuS (s) + H2 (g) = Cu (s) + H2S (g)
V reaktoru se udržuje teplota 700 K a atmosférický tlak. Vypočítejte molární zlomek sulfanu v
plynné směsi odcházející z reaktoru za předpokladu dokonalého ustavení rovnováhy a ideálního
chování plynných složek. Rovnovážná konstanta uvedené reakce má hodnotu 0,7236 pro
standardní stav fo = 101,325 kPa. (Zdroj: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/42)
Řešení: 41,98 mol. %
4.
Určete pH roztoku amoniaku o koncentraci 0,002 mol/dm3 při 25 oC. Disociační konstanta
amoniaku má hodnotu 1,8.10-5. Předpokládejte ideální roztok a standardní stav elektrolytu
co = 1 mol/dm3. (Zdroj: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/102)
Řešení: pH = 10,3
5.
Roztok, který obsahuje 0,001 mol/dm3 kyseliny octové a 0,001 mol/dm3 další jednosytné
kyseliny, má pH = 3,77. Určete disociační konstantu druhé kyseliny. Předpokládejte ideální
roztok a standardní stav elektrolytu co = 1 mol/dm3. Disociační konstanta kyseliny octové je
1,75.10-5. (Zdroj: http://www.vscht.cz/ fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/105)
Řešení: K2 = 1,405.10-5
6.
Při teplotě 5 oC bylo pro vodný roztok soli silné kyseliny a slabé zásady o koncentraci
c = 0,07 mol/dm3 zjištěno pH = 5,33. Jaká je hodnota disociační konstanty příslušné zásady (pro
standardní stav elektrolytu co = 1 mol/dm3)? Iontový součin vody při 5 oC činí 0,1846.10-14. (Zdroj:
http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/110)
Řešení: KBOH = 5,91.10-6
7.
Porovnejte rozpustnost Tl2S v čisté vodě při teplotě 25 oC s jeho rozpustností v roztoku Na2B4O7
o koncentraci 0,1 mol/dm3. Konstanta limitního Debyeova-Hückelova zákona
-23
A = 0,509 dm3/2 mol1/2, co = 1 mol/dm3. Součin rozpustnosti Tl2S je 9.10 . (Zdroj:
http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, modifikovaný příklad 6/120)
Řešení: a) 2,825.10-8 mol/dm3; b) 1,019.10-7 mol/dm3
Možný příklad do zápočtového testu
V 1 litru vody bylo rozpuštěno 0,1 g mravenčí kyseliny. Vypočítejte pH tohoto roztoku. Disociační
konstanta kyseliny mravenčí je 1,77.10-4.
Řešení: pH = 3,27
II. zápočtový test – několik typických příkladů
1.
V uzavřené nádobě probíhá rozklad PCl5 na chlor a PCl3 za teploty 400 K. Po ustavení rovnováhy
byl parciální tlak chloru v nádobě 50 kPa. Vypočítejte změnu standardní Gibbsovy energie pro
standardní stav fo = 101,325 kPa a tlak v nádobě po ustavení rovnováhy, jestliže na počátku byl
v nádobě pouze chlorid fosforečný o tlaku 120 kPa.
Řešení: ΔGo = 3,47 kJ/mol; pcelk = 170 kPa
2.
Určete, kterým směrem bude probíhat reakce propenu s vodní parou na 2-propanol za teploty
450 K a tlaku 200 kPa, jestliže reakční směs obsahuje 50 mol. % vodní páry, 40 mol. % propenu a
10 mol. % 2-propanolu. Změna standardní Gibbsovy energie reakce při teplotě 450 K má hodnotu
14,908 kJ/mol (pro standardní stav fo = 101,325 kPa). Plynné složky se chovají ideálně.
Řešení: ΔG = 9,77 kJ/mol; reakce probíhá zprava doleva
3.
Rovnovážná konstanta redukce oxidu kobaltnatého plynným oxidem uhelnatým CoO (s) + CO (g)
= Co (s) + CO2 (g) má při teplotě 1700 K hodnotu 4,237 (pro standardní stav fo = 101,325 kPa).
Vypočítejte látkové množství oxidu uhelnatého, které se spotřebuje na redukci jednoho molu
oxidu kobaltnatého.
4.
2 moly dusíku (C pm = 29 J K mol ) a 3 moly vodní páry (C pm = 45 J K-1 mol-1) byly smíchány
při počáteční teplotě 400 K. Jaká musí být konečná teplota směsi, aby se celková entropie
systému nezměnila. Předpokládejte ideální chování plynů.
Řešení: 1,236 molu CO na 1 mol CoO
o
-1
-1
o
Řešení: Tkon = 346,0 K
5.
Pomocí následujících údajů odhadněte tlak nasycených par kyseliny isovalerové (C5H10O2), která
se nemísí s vodou. Teplota varu heterogenní směsi za normálního tlaku je 98,9 oC. Tlak
nasycených par vody určete z Antoineovy rovnice (v kPa, s dekadickým logaritmem), konstanty
této rovnice jsou A = 7,19621, B = 1730,63, C = 233,426. Vypočtěte rovněž složení parní fáze
v molárních a hmotnostních procentech.
Řešení: p2Ø = 3,92 kPa; y2 = 0,0387; w2 = 0,1857