Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Физическая и коллоидная химия.

Фотохимические реакции

Вопросы для самопроверки

1. Какие реакции называются фотохимическими? Какими количественными закономерностями описываются эти процессы?

2. В чем сущность фотосинтеза? Какова роль хлорофилла в этом процессе? Из каких стадий состоит фотохимический процесс?

3. Что такое квантовый выход?

4. в чем сущность закона Гротгуса? Как количество прореагировавшего при фотосинтезе вещества зависит от мощности света и от времени облучения растения?

5. В чем сущность закона фотохимической эквивалентности Эйнштейна?

Решение типовой задачи

На основании анализа установлено, что сахарная свекла на 1 га в день дает привес биомассы 80 кг. Считая, что в этом количестве 30% углерода, рассчитайте сколько литров СО₂ усвоено растением и сколько кислорода при этом выделено?

Решение. Задача решается в предположении, что весь углерод поступает в растение при фотосинтезе:

6СО₂+6Н₂О=С₆Н₁₂О₆+6О₂

Рассчитаем, сколько углерода поглотилось:

Так как 1 кмоль составляет 12 кг С, то 2 кмоль – 24 кг. Из уравнения фотосинтеза следует, что 6 кмоль углекислого газа СО₂ содержит 6 кмоль углерода и при его ассимиляции выделяется 6 кмоль О₂. Если у нас имеется 2 кмоля С, значит столько же кмолей СО₂ и О₂. Из закона Авогадро следует, что 1 кмоль газа занимает объем 22,4 м³. Таким образом, было поглощено 22,4·2=44,8 м³ СО₂ и выделилось 44,8 м³ О₂.

ЗАДАЧИ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

55-60. Рассчитайте объем кислорода, выделившегося при фотосинтезе, и объем поглощенного углекислого газа, если дан привес биомассы при фотосинтезе и предполагается (упрощено), что привес биомассы обусловлен образованием глюкозы.

№ задачи	привес биомассы на 1 га/день, кг	% сухого вещества в биомассе

Химическое равновесие

Вопросы для самопроверки

Дайте вывод выражения для константы химического равновесия на основе закона действия масс. В качестве примера используйте гомогенный N₂+3Н₂=2NН₃ и гетерогенный процессы 2С+ О₂=2СО.
Каков физический смысл константы равновесия? Какие факторы влияют на величину константы равновесия?
Что такое обратимый процесс и необратимый процесс с термодинамической и кинетической точек зрения?
Что такое смещение равновесия?
Какие факторы влияют и какие не влияют на положение равновесия?
Сформулируйте принцип Ле-Шателье.
Укажите, как смещается равновесие при увеличении (уменьшении) давления, температуры, концентрации исходных веществ для реакций:

СО₂+СаСО₃+ Н₂О(пар)→ Са(НСО₃)₂ + Q

СаСО₃→ СО₂+ СаО – Q

Са(ОН)₂+ СО₂ →СаСО₃ + Н₂О (пар) + Q

СаО+ Н₂О (пар) →Са(ОН)₂+ Q

6СО₂+6Н₂О=С₆Н₁₂О₆+6О₂– Q

как нужно изменить условия (давление, температуру, концентрацию веществ), чтобы увеличить выход аммиака реакции N₂+3Н₂=2NН₃ 98+кДж/моль?
Как связана константа равновесия процесса с изменением изобарно-изотермического потенциала реакции?

Решение типовых задач

Вычислите равновесные концентрации водорода и иода при температуре 600˚К и реакции J₂+Н₂=2НJ, если их начальные концентрации составляют 0,03 моль/л. А равновесная концентрация иодистого водорода равна 0,04 моль/л. Найти константу равновесия и величину изобарно-изотермического потенциала реакции при этой температуре.

Решение. На образование двух молей JН в соответствии с уравнением J₂+Н₂=2НJ идет один моль J₂, поэтому для образования 0,04 моля НJ требуется 0,02 моля Н₂ и 0,02 моля J₂, отсюда их равновесные концентрации составляют 0,03-0,02=0,01 моля.

Для расчета константы равновесия после написания выражения в общем виде подставим в это выражение численные данные:

Далее рассчитываем изменение изобарно-изотермического потенциала этого процесса, используя связь величины ∆G и К.

∆G = -RT ln K = -2,303 RT lg K

∆G= -2,303·8,313·600·lg 16=-2,303·8,313·600·1,204=-13830 Дж/моль=-13,830 кДж/моль.

Итак, равновесные концентрации водорода и иода равны 0,01 моль/л, константа равновесия равна 16, величина изобарно-термического потенциала равна -15,798 кДж/моль.

Найти константу равновесия при температуре 25˚С реакции:

С₂Н₂ (газ) +2Н₂(газ) = С₂Н₆ (газ),

Если ∆Н˚ = -324,2 кДж/моль и ∆S˚ = -10,22 Дж/к·моль

Решение. Связь между константой равновесия в стандартных условиях и стандартным изобарно – термическим потенциалом реакции выражается уравнением ∆G = -RT ln K.

∆G˚= -2,3·8,3·293·lg К (1)

Стандартный изобарный потенциал связан со стандартными значениями энтальпии и энтропии реакции соотношением:

∆G˚ = ∆Н˚ - Т∆S˚ (2)

Найдем величину изобарно – изотермического потенциала по уравнению (2) из данной задачи, переводя ∆Н˚ в джоули.

∆G˚= -324200-298·(-10,22)= -327245 Дж/моль

Теперь, пользуясь найденным значением и уравнением (1), рассчитаем lg К кДж/моль:

lgK= =+0,0575

Используя таблицу антилогарифмов, находим значение К;

К= 1,139.

ЗАДАЧИ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

61-65. Какова связь между константой равновесия и изобарным потенциалом реакции? Найдете константу равновесия реакций при стандартной температуре (298˚К) по данным таблицы:

№ задачи	Реакции	реакции кДж/моль	реакции Дж/моль·град.
	N₂+3Н₂=2NН₃	-92,45	-198,45
	2NO₂=N₂O₄	58,07	-176,14
	H₂CO₃→H⁺ + HCO^-₃ р-р р-р р-р	7,46	-99,47
	2Н₂+О₂=2Н₂О (г)	483,04	-88,76
	S +О₂ = SO₂	-292,9	25,15

66-70. Для реакции, соответствующей номеру вашего шифра, выполните следующее задание:

1. Сформулируйте принцип Ле-Шателье.

2. Определите, как влияют изменения давления на положение равновесия реакции.

Составьте выражение для константы равновесия и вычислите ее значение. Равновесные концентрации реагирующих веществ (с, моль/л) приведены под соответствующими химическими формулами в уравнении реакции.

№ задачи	с, моль/л	реакция
	с	N₂+3Н₂=2NН₃ 3 9 4
	с	Н₂+J₂=2HJ _{0,01 0,01 0,04}
	с	CO₂ + Н₂→СО + Н₂О 0,04 0,64 0,16 0,16
	с	2SО₂ +О₂ =2 SO₃ 0,1 0,05 0,9
	с	2NO+ О₂=2NO₂ 0,24 0,12 0,06

Растворы неэлектролитов

Вопросы для самопроверки

Что такое раствор? В чем отличие растворов от химических соединений?
Рассчитайте процентную, молярную и моляльную концентрации раствора, полученного смешением 1 г NaCI и 100 г H₂O (плотность раствора примите равной 1).
Укажите возможные виды взаимодействия между компонентами в растворе.
В чем сущность физической теории растворов? В чем ее отличие от сольватной теории?
Что называется осмосом? Каков его механизм? Каково его биологическое значение?
В чем выражается аналогия между осмотическим давлением и давлением газов?
Какие растворы называются изотоническими, гипертоническими, гипотоническими? Рассчитайте процентную концентрацию раствора глюкозы, изотонического с кровью (осмотическое давление крови равно 7,3 атм., плотность раствора примите равной 1).
Используя кривые зависимости (давление водяных паров – температура для воды, водных растворов и льда), поясните, почему растворы замерзают при более высокой температуре, чем вода.
На основе представлений об осмотическом давлении поясните, почему растения не могут существовать на засоленных почвах.
Какой из трех приведенных растворов замерзает при более низкой температуре: содержащий в 1 л воды 18 г глюкозы, 18 г формальдегида или 18 г поваренной соли? Дайте ответ, не вычисляя значений температур замерзания.
Что такое криоскопия, эбуллиоскопия? Рассчитайте молекулярную массу моносахарида, если при растворении 1,8 г его в 1 л воды температура замерзания полученного раствора понизилась на 0,186°.

Решение типовых задач

Вычислить осмотическое давление раствора глицерина, содержащего 0,46 г в 100 мл раствора при 20°С.

Решение. По закону Вант-Гоффа Р_осм=CRT, где С – концентрация вещества в молях на литр раствора (молярная); R – универсальная газовая постоянная R=8,31 ;

Т – абсолютная температура;

Р_осм – осмотическое давление раствора.

Молярная концентрация С определяется из соотношения:

С= ,

Где n– число молей растворенного вещества в данном объеме раствора;

g - вес растворенного вещества в граммах;

V- объем раствора в литрах;

M - молекулярная масса растворенного вещества;

Тогда:

Р_осм = , Р_осм =

Р_осм = 121,7 Па = 1,2 атм

2. Раствор, содержащий 0,48 г глицерина на 25 г воды, замерзает при температуре -0,387 . Вычислить молекулярную массу глицерина и осмотическое давление раствора при 0 .