pdf1 - WordPress.com

Osmé cvičení z FCH2 – Chemické rovnováhy, pH
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
=
𝜑 𝑖 𝑝𝑖
𝑓𝑜
𝑎𝑖,𝑧ř𝑒𝑑ě𝑛á 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑙𝑛á 𝑙á𝑡𝑘𝑎 =
𝛾𝑖 𝑐𝑖
𝑐𝑖𝑜
𝑎𝑖,č𝑖𝑠𝑡á 𝑝𝑒𝑣𝑛á 𝑛𝑒𝑏𝑜 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑙𝑛á 𝑙á𝑡𝑘𝑎 = 1
Opakování z minulé hodiny
O1. Nemísitelné kapaliny chlorbenzen(2) a voda(1) destilovaly za teploty 90,3 °C. Při této teplotě jsou
tlaky nasycených par čisté vody 70 kPa a čistého chlorbenzenu 28 kPa. Určete molární a hmotnostní
zlomek chlorbenzenu v páře a atmosférický tlak v době, kdy probíhal experiment. (Zdroj:
http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/ FR_SVM_KT.pdf, příklad 10/63)
Řešení: y2 = 0,286; w2 = 0,715; p = 98 kPa
O2. Na základě dále uvedených dat při t = 77,7 C určete u směsi benzen (1) + cyklohexan (2) složení
parní fáze při x1 = 0,70. Data: p1Ø = 94,1 kPa, p2Ø = 92,4 kPa. Předpokládejte, že uvažovaný systém se
v kapalné fázi chová jako tzv. regulární roztok, tj. platí relace ln γi = b (1 – xi)2; konstanta b má
hodnotu 0,35. (Zdroj: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/ FR_SVM_KT.pdf, modifikovaný řešený příklad 10/9)
o
Řešení: y1 = 0,674
Opakování z FCH1
Methanol reaguje s chlorovodíkem podle rovnice
CH3OH (g) + HCl (g) → CH3Cl (g) + H2O (g)
Při teplotě 1270 K a pro standardní stav fo = 101,325 kPa má rovnovážná konstanta této reakce
hodnotu 1,8197. Vypočítejte molární zlomek chlormethanu v rovnovážné směsi za atmosférického
tlaku a za předpokladu ideálního chování složek. Složení nástřiku: 1 mol methanolu, 3 moly
chlorovodíku. (Zdroj: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, modifikovaný příklad 6/16)
Řešení: 20,68 mol. % chlormethanu
Příklady
1.
Pyrolýza propanu probíhá podle rovnic
C3H8 (g) → C3H6 (g) + H2 (g) ,
C3H8 (g) → C2H4 (g) + CH4 (g) .
Rovnovážné konstanty těchto reakcí mají při teplotě 1000 K hodnoty K1 = 3,1405 a K2 = 651,63
(pro standardní stav fo = 101,325 kPa). Vypočítejte složení plynů (v mol.%) odcházejících
z pyrolýzní jednotky. Pyrolýza se provádí s čistým propanem za atmosférického tlaku;
předpokládejte ideální chování. (Zdroj: http://www.vscht.cz/fch/ cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/80)
Řešení: 3,24 mol. % propenu a vodíku; 46,7 mol. % etylenu a methanu; 0,01 mol. % propanu
2.
Rovnovážná konstanta hydrogenace furanu na tetrahydrofuran podle rovnice
C4H4O (g) + 2 H2 (g) → C4H8O (g)
má při teplotě 450 K (standardní stav fo = 101,325 kPa) hodnotu 0,511. Určete, která reakce
převládne ve směsi, obsahující 20 mol.% tetrahydrofuranu, 50 mol.% vodíku a 30 mol.% furanu
za uvedené teploty a tlaku (a) 200 kPa, (b) 600 kPa. (Zdroj: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCHI.pdf, příklad 6/57)
Řešení: a) ΔG = 1,09 kJ/mol – převládá dehydrogenace; b) ΔG = -7,13 kJ/mol – převládá hydrogenace
3.
Oxid měďnatý (CuO) a ytterbitý (Yb2O3) spolu mohou reagovat za vzniku směsného oxidu
Yb2Cu2O5 podle rovnice
2 CuO (s) + Yb2O3 (s) = Yb2Cu2O5 (s)
ΔGro = 9920 - 13,9 T J/mol ,
kde každá pevná látka tvoří samostatnou fázi. Počáteční látková množství jsou:
npoc (CuO) = 3 mol, npoc (Yb2O3) = 2 mol. Vypočtěte rovnovážné složení systému, ve kterém
probíhá uvedená reakce při teplotě a) 700 K, b) 750 K. Určete dále c) teplotu, při které jsou v
rovnováze přítomny všechny tři látky. (Zdroj: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/97)
Řešení: a) n(CuO) = 3 mol; n(Yb2O3) = 2 mol; b) n(Yb2O3) = 0,5 mol; n(Yb2Cu2O5) = 1,5 mol; c) T = 713,7 K
4.
100 g NaHCO3 bylo umístěno do evakuované nádoby a zahřáto na 100 oC. Vypočítejte tlak v
nádobě po ustavení rovnováhy. Rovnovážná konstanta rozkladu
2 NaHCO3 (s) → Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)
má při teplotě 100 oC hodnotu 0,0812 (pro standardní stav fo = 101,325 kPa). (Zdroj:
http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/46)
Řešení: p = 57,75 kPa
5.
Určete pH roztoku amoniaku o koncentraci 0,002 mol/dm při 25 C. 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)
3
o
Řešení: pH = 10,3
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
Možný příklad do zápočtového testu
Ethylen reaguje s ethylbenzenem za současného vzniku o-diethylbenzenu a p-diethylbenzenu. Při
studiu těchto reakcí za teploty 700 K a za atmosférického tlaku bylo zjištěno toto složení rovnovážné
směsi: 19,22 mol.% o-diethylbenzenu, 13,58 mol.% p-diethylbenzenu, 33,60 mol.% ethylenu, 33,60
mol.% ethylbenzenu. Vypočítejte rovnovážné konstanty obou reakcí, jestliže byl poměr ethylenu k
ethylbenzenu v nástřiku 1:1. Předpokládejte ideální chování a pro standardní stav fo = 101,325 kPa.
(Zdroj: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCH-I.pdf, příklad 6/78)
Řešení: K1 = 1,70; K2 = 1,20
Co nebude v zápočtovém testu? Simultánní řešení dvou a více rovnováh ve vodných roztocích
elektrolytů (tj. disociace daného slabého elektrolytu + disociace vody).
Kam dál? „Příklady a úlohy z fyzikální chemie II“ (http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/PFCHI.pdf), kapitola 6: 55, 56, 58, 59, 103, 107, 116.