Seminarium 4 Obliczenia z wykorzystaniem przekształcania wzorów fizykochemicznych

Transkrypt

1 Seminarium 4 Obliczenia z wykorzystaniem przekształcania wzorów fizykochemicznych Zad. 1 Przekształć w odpowiedni sposób podane poniżej wzory aby wyliczyć: a) a lub m 2 b) m zred h E a 8ma E osc h 4 2 f m zred c) N A Prawa gazowe: 1. Prawo Boyle a-charles a Pi Vi T i P V f T f f Prawo Daltona P TOTAL = P gas A + P gas B + P gas C +.+ P gas Z = i n=1p i Zad.2. Próbka gazu ma w temperaturze 25 o C i przy ciśnieniu 0.5 atm objętość 283 ml. Jaka będzie objętość tej samej próbki w temperaturze 100 o C i ciśnieniu 1 atm? Zad. 3. Próbka gazu ma w temperaturze 0 o C i przy ciśnieniu 1.5 atm objętość 36.6 l. Jakie jest ciśnienie jeżeli ten sam gaz w temperaturze 0 o C ma objętość 24,4 L? Zad. 4. Próbka gazu w temperaturze 40 o C w pod ciśnieniem 0.25 atm ma objętość 30.0L. Jaka będzie temperatura tego gazu jeżeli zajmuje on objętość 50.0 L, a ciśnienie wynosi 0.75 atm? General chemistry, 7-th ed. Zad.5. Prężność par wody w temperaturze 25 O C wynosi 3.17 kpa. Prężność par wodoru w tej samej temperaturze wynosi 99.2 kpa. Jaka będzie sumaryczna prężność par mieszaniny wodoru i wody? 1

2 Równanie stanu gazu doskonałego PV = nrt lub P V n T R P- ciśnienie V- objętość n- liczba moli T- temperatura [K] ntotal R T na nb R stała gazowa; Ptotal 8.31 J mol -1 K -1 lub 0,08206 L atm K -1 mol V V -1 P total = X A P A + X B P B + X C P C + ( n...) RT C Zad. 5. Zbiornik helu stosowany do napełniania balonów ma objętość 180 L, zaś prężność tego gazu wynosi 150 atm w 25 o C. Ile moli helu zawarte jest w tym zbiorniku? Zad g próbki czystego gazu ma objętość 112 ml w temperaturze 100 o C i pod ciśnieniem 750 torów. Jaka jest masa molowa tego gazu? X n ułamek molowy gazu Zad. 7. Jaka jest całkowita prężność par mieszaniny zawierającej azot (P N2 = 3.00 atm; X N2 = 0.27) i hel ( P He = 6.00 atm, X He = 0.73) Zad.6. Zmieszano 25 ml neonu o prężności par 101.3kPa (1atm) i 75 ml helu o prężności par 70.9kPa (0.7atm). Oba gazy umieszczono w szczelnej butelce o pojemności 1 L. Oblicz prężności cząstkowe obu gazów i prężność całkowitą mieszaniny. Prawo Raoulta Prężność pary danego składnika nad roztworem jest równa iloczynowi prężności pary czystego składnika i jego ułamka molowego w roztworze. P i = X i P i 0 Zad.8. Prężność pary benzenu w temp. 303 K wynosi 15.9 kpa, a toluenu w tej temperaturze 4.9 kpa. Jakie są ciśnienia cząstkowe i całkowita prężność pary nad roztworem zawierającym 10g benzenu i 20 g toluenu? Masa molowa benzenu 78.1 g mol -1, toluenu 92.1 g mol -1. 2

3 Obniżenie prężności pary. Prawo Raoulta 2 Prężność pary rozpuszczalnika w obecności nielotnej substancji rozpuszczonej jest proporcjonalna do ułamka molowego substancji rozpuszczonej. P = X roz P rozp. X roz ułamek molowy rozpuszczalnika w roztworze P rozp. prężność pary nad czystym rozpuszczalnikiem P- prężność pary nad roztworem Zad.10. Oblicz prężność pary wodnej w temperaturze 60 o C nad roztworem przyrządzonym przez rozpuszczenie g NaCl w 100 g wody. Prężność pary nad czystą wodą w temperaturze 60 o C wynosi Torr. Masa molowa NaCl = 58.5 g/mol Zad. 9. Oblicz prężność pary wodnej w temperaturze 90 o C nad roztworem przyrządzonym przez rozpuszczenie g glukozy w 100 g wody. Prężność pary nad czystą wodą w temperaturze 90 o C wynosi 697 hpa. Masa cząsteczkowa glukozy 180 g/mol Prawo Henry ego W danym ciśnieniu i temperaturze ciecz (woda) zawiera pewną ilość rozpuszczonych gazów: - rozpuszczalność gazów w cieczach spada (maleje zawartość gazu) wraz ze wzrostem temperatury i obniżaniem ciśnienia, - rozpuszczalność gazów w cieczach rośnie (rośnie zawartość gazu) wraz z obniżaniem temperatury i wzrostem ciśnienia. Zad. 11. Jakie jest przewidywane stężenie tlenu w pewnym roztworze wodnym o cząstkowej prężności tlenu wynoszącej 150 mmhg. Cząstkowa prężność tlenu w drugim roztworze 56 mm Hg a jego stężenie w wodzie 0.44 g/100 ml. S = k H P S- rozpuszczalność molowa gazu w cieczy (wodzie) k H stała Henriego P- ciśnienie Gaz k H [mol L -1 MPa] azot 7.0 x10-3 CO x10-1 Powietrze 7.9 x10-3 Tlen 1.3 x10-2 3

4 Koligatywne właściwości roztworów dla roztworów idealnych Podwyższenie temperatury wrzenia Właściwości te są związane ze względną ilością substancji rozpuszczonej a nie z jej chemiczną strukturą. Są nimi: obniżenie prężności pary rozpuszczalnika Podwyższenie temperatury wrzenia Obniżenie temperatury krzepnięcia Tendencja rozpuszczalnika do przenikania przez membranę do roztworu Δ T = E c M E stała ebuliskopowa C M stężenie molalne ( ilość moli substancji w 1 kg rozpuszczalnika Stała ebulioskopowa E stanowi przyrost temperatury wrzenia w stosunku do temperatury wrzenia rozpuszczalnika, gdy stężenie roztworu jest jednomolalne, czyli innymi słowy stała E jest molalnym podwyższeniem temperatury wrzenia roztworu. Masa substancji rozp. Masa molowa subst. rozp. Masa rozpuszczalnika Obniżenie temperatury krzepnięcia Δ T = K c M K stała krioskopowa Stała krioskopowa K wyrażona w stopniach stanowi obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu w stosunku do temperatury krzepnięcia czystego rozpuszczalnika, zawierającego jeden mol substancji rozpuszczonej w 1000 g rozpuszczalnika czyli jest molalnym obniżeniem temperatury krzepnięcia. Zad. 12 Roztwór 72 g glukozy w 1000 g wody krzepnie w temperaturze - 0,74 o C. Oblicz masę molową glukozy, stała krioskopowa K k = 1,86 kg K mol -1 4

5 Osmoza, ciśnienie osmotyczne, π, n R T V n- liczba moli substancji T temperatura V objętość R stała gazowa Dla stężonych roztworów M R T Dla rozcieńczonych roztworów Hipotoniczny roztwór Izotoniczny roztwór Hipertoniczny roztwór m R T Zad. 13. Jakie jest ciśnienie osmotyczne roztworu glukozy zawierającego 50 g glukozy (0.146 moli) w 117 g wody. Gęstość roztworu wynosi 1.34 g ml -1. Temperatura pomiaru to 25 o C. F = σ 2d W = F Δt Zad. 14. Wodny roztwór polipeptydu, zawierający 0,40 g polipeptydu w 1.0 L wykazuje w temperaturze 27 o C ciśnienie osmotyczne 3.74 Tr (0.005 atm). Jaka jest masa molowa polipeptydu? R= 0,08206 L atm K -1 mol -1 Napięcie powierzchniowe Zad. 15. Jeżeli napięcie powierzchniowe warstwy mydła wynosi σ= 2.5 x10-2 N m -1, szerokość poprzeczki wynosi d = 10x10-2 m zaś poprzeczka została przesunięta o dystans Δ t= 2x10-2 m to jaka praca została wykonana? 5

6 h = wysokość słupa cieczy (m) σ = napięcie powierzchniowe (N/m) θ = kąt kontaktu (radians) ρ = gęstość cieczy (kg/m 3 ) g = przyśpieszenie ziemskie (ms 2 ) r = promień kapilary (m) Kinetyka Zad. 17. Dla poniższych danych określ wartości n, m, k śr oraz średni rząd reakcji 2 Mg + O 2 2 MgO v = k [Mg] n [O 2 ] m 2 cos h g r wklęsły Menisk wypukły Próba Początkowe stężenie Mg [Mg] (mol l -1 ) Początkowe stężenie O 2 [O 2 ] ( mol l -1 ) Zmierzona szybkość (mol l -1 s) x10-3 Zad. 16. Jakie jest napięcie powierzchniowe cieczy wypełniającej kapilarę do wysokości 20 mm. Gęstość cieczy x x10-3 wynosi 150 kg/m 3, zaś średnica kapilary to 12 x 10-3 m. Załóżmy, że cos θ =1.0 Okres półtrwania dla reakcji I-go rzędu T 1/2 = (ln 2)/k Zad. 18 Wylicz okres półtrwania dla reakcji I-go rzędu, jeżeli stała szybkości reakcji, k, wynosi 2.0 x10-3 s -1. Wynik podaj w s.. Zależność stałej szybkości reakcji od temperatury Reguła van t Hoffa Zad. 19 Temperaturowy współczynnik szybkości pewnej reakcji γ =3. Obliczyć o ile stopni należy podnieść temperaturę, aby szybkość reakcji wzrosła 100 razy. k 1, k 2 stała szybkości reakcji dla temperatury T 1 i T 2 γ- temperaturowy współczynnik szybkości reakcji 6

7 k 1 ; k 2 stałe szybkości reakcji w temperaturach T 1 i T 2 E a energia aktywacji R stała gazowa Zad. 20 Aby chory wyzdrowiał szybkość reakcji jego antyciał z czynnikiem chorobotwórczym powinna ulec podwojeniu. Dzieje się to dzięki wzrostowi temperatury jego ciała z 37 o C do 40 o C. Jaka jest energia aktywacji tej reakcji? Ad. Zad. 20 Ogniwa = kat - AN Π potencjał Π 0 potencjał standardowy elektrody R- stała gazowa ( J mol -1 K -1 ) T temperatura (K) n ilość elektronów F- stała Faradaya ( C mol -1 ) α ox stężenie formy utlenionej α red stężenie formy zredukowanej Zad. 21. Oblicz wartość SEM ogniwa składającego się z blaszki zbudowanej z żelaza umieszczonej w roztworze jonów Fe 2+ w jednym naczyniu i połączonej kluczem elektrolitycznym z drugim naczyniem, w którym znajduje się blaszka niklowa umieszczona w roztworze jonów Ni 2+. Roztwory obu jonów mają jednakowe stężenie. Potencjały standardowe elektrod są następujące: Fe/Fe 2+ E 0 = -0.44V; Ni/Ni 2+ E 0 = -0.23V. 7

8 Zad. 22 Zbudowano ogniwo galwaniczne z półogniw Fe/Fe 2+ (Π 0 = -0.44V) i Sn/Sn 2+ (Π 0 = V). Jakie jest stężenie jonów Fe 2+ w tym ogniwie jeżeli stężenie jonów Sn 2+ wynosi 2x10-1 mol/dm 3, a SEM tego ogniwa 0.304V. Na następne zajęcia należy przynieść: Papier milimetrowy Ołówek Gumka Linijka krzywik 8