BIOTECHNOLOGIA. Materiały do ćwiczeń rachunkowych z chemii fizycznej kinetyka chemiczna, 2014/15

Transkrypt

1 Zadanie 1. BIOTECHNOLOGIA Materiały do ćwiczeń rachunkowych z chemii fizycznej kinetyka chemiczna, 014/15 W temperaturze 18 o C oporność naczyńka do pomiaru przewodności napełnionego 0,0 M wodnym roztworem KCl lub 1,4086 M roztworem NaSCN w bezwodnym etanolu są odpowiednio równe: 15,946 Ω i 663,45 Ω. Przewodność właściwa użytego roztworu KCl(aq) jest równa κ=, Ω -1 cm -1.Oblicz przewodność właściwą i molową NaSCN w bezwodnym etanolu. Zadanie. Oporność naczyńka konduktometrycznego napełnionego 0,0 M roztworem KCl wynosi 50 Ω, natomiast wypełnionego roztworem wodnym NH4OH o stężeniu 6, M jest równa 100 kω. Przewodność elektrolityczna 0,0 M roztworu KCl wynosi, S cm -1. Przewodności molowe jonów w rozcieńczeniu nieskończenie wielkim wynoszą odpowiednio: NH4 + 73,40 cm S mol -1 OH - 198,00 cm S mol -1 Obliczyć stopień dysocjacji NH4OH. Zadanie 3. Jaka będzie przewodność elektrolityczna wody w 5 o C, jeżeli całkowicie usunie się z niej wszystkie zanieczyszczenia? Przedstaw obliczenia, jeżeli wiesz, że stała dysocjacji wody wynosi 1, (mol dm 3 ), graniczne przewodności molowe KOH, HCl oraz KCl są odpowiednio równe: 74,40; 46,04 oraz 149,8 S cm mol -1. Zadanie 4. Liczba przenoszenia Na + w rozcieńczonym roztworze NaCl wynosi 0,40, a przewodność molowa jonu Cl - wynosi 75 cm S mol -1. Ponadto wiadomo, że oporność naczyńka konduktometrycznego wypełnionego 0,10 M roztworem KCl wynosi 7000 Ω, natomiast oporność naczyńka zawierającego 0,10 M KCl oraz 0,0 M NaCl wynosi 600 Ω. Obliczyć wartość przewodności molowej KCl. Zadanie 5. Oblicz rozpuszczalność AgCl w temperaturze 5 o C wiedząc, że graniczne przewodności molowe AgNO3, HCl oraz HNO3 są odpowiednio równe: 1, S m mol -1 ; 4, S m mol -1 oraz 4, S m mol -1, natomiast przewodność właściwa wodnego roztworu AgCl(aq) wynosi, S m -1, a przewodność właściwa wody jest równa 0, S m -1. Zadanie 6. W temperaturze 5 o C przewodność molowa wodnego roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,01 mol dm -3 wynosi 1, m Ω-1 mol-1, a graniczna przewodność molowa jest równa 39, m Ω-1 mol-1 Obliczyć: a) ph wodnego roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,01 mol dm 3 w temperaturze 5 o C. b) Przewodność molową i ph wodnego roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,1 mol dm 3

2 Zadanie 7. W temperaturze 18 o C oraz 5 o C przewodności molowe jonu wodorowego i wodorotlenowego w rozcieńczeniu nieskończenie wielkim wynoszą: Λ OH ,5 S cm mol -1 H ,8 T / o C 18 5 Obliczyć iloczyn jonowy wody w każdej z tych temperatur mając dane przewodności elektrolityczne wody w różnych temperaturach: T/ o C κ 10 6 / S cm -1 0,01 0,038 0,055 0,09 0,17 Zadanie 8. Liczba przenoszenia anionu w bardzo rozcieńczonym roztworze NH4Cl wynosi 0,491. Obliczyć ruchliwość i przewodność jonową kationu wiedząc, że graniczna przewodność molowa NH4Cl wynosi 149 cm Ω-1 mol-1 Zadanie 9. Zmierzona oporność naczyńka do pomiarów przewodności elektrolitycznej w temperaturze 5 o C wynosi: a) dla 0,01 mol/ l KCl Rw=573 Ω b) dla 0, mol/ l CH3COOH Rx=5085 Ω. Przewodnictwo elektrolityczne wody czystej do sporządzania roztworów wynosi 1, cm -1 Ω -1, a przewodność molowa 0,01M KCl wynosi 141,7 cm Ω -1 mol -1. Oblicz stałą naczyńka oraz κ i Λ CH3COOH w 0, M roztworze. Zadanie 10. W temperaturze 18 o C przewodność właściwa nasyconego wodnego roztworu AgIO3 jest równa 1, S cm -1 natomiast graniczna przewodność molowa AgIO3 jest równa 87,3 cm S mol -1. Obliczyć iloczyn rozpuszczalności AgIO3 w roztworze wodnym w podanej temperaturze. Zadanie 11. Poniżej zestawiono wyznaczone doświadczalnie wartości przewodności molowych kwasu propionowego w roztworach wodnych w temperaturze 98,15 K: 10 3 c / mol dm -3 0, , ,8650 4,806 8, ,401 Λ / S cm mol -1 55,30 45,348 31,657 0,099 14,903 11,373 Graniczne przewodności molowe propionianu sodu, chlorowodoru i chlorku sodowego w roztworach wodnych (w tej samej temperaturze) wynoszą odpowiednio 85,9 S cm mol -1, 46,04 S cm mol -1 i 16,4 S cm mol -1. Obliczyć stałą dysocjacji kwasu propionowego w roztworze wodnym. Zadanie 1. Poniżej przedstawiono doświadczalne wartości przewodności właściwych wodnych roztworów bromku potasu w temperaturze 98,15 K: 10 3 c /mol dm ,74 130,81 93,616 61,555 48,959 11,069 3,74 3,819 1,9640 0,8370 0, κ / S cm -1 15,309 13,704 10,067 6,813 5,496 1,33 0,4614 0,4076 0,46 0,1061 0,0693

3 Wyznaczyć graniczą przewodność molową bromku potasu. Mając daną graniczną wartość liczby przenoszenia anionu 0,5163 obliczyć wartość granicznych przewodności jonowych i ruchliwość jonów. Zadanie 13. Obliczyć rozpuszczalność siarczanu ołowiowego w wodzie w temperaturze 18 o C wiedząc, że przewodność elektrolityczna roztworu wynosi 1, S m -1 w odniesieniu do przewodnictwa wody z której przygotowano roztwór, natomiast graniczne ruchliwości jonówpb + i SO4 - są odpowiednio równe 6, oraz 7, s -1 m V -1. PbSO4 jest trudno rozpuszczalną solą i mocnym elektrolitem. Zadanie 14. Poniżej zapisano schematy ogniw podając znaki biegunów dla stanów reagentów bliskich stanom standardowym. Podać równania procesów elektrodowych, równanie procesu sumarycznego oraz wyrażenie na potencjały względne i siłę elektromotoryczną (SEM) ogniwa. (-) Pt H HI(aq) HgI Hg(c) Pt (+) (-) Pt Cd(Hx CdSO4(aq) HgSO4( Hg(c) Pt(+) (-) Pt Zn( ZnSO4(aq) CuSO4(aq) Cu( Pt(+) (-) Pt SnClaq), SnCl3(aq) FeClaq), FeCl3(aq) Pt (+) (-) Pt Zn(Hx Zn(OH)aq) AgO( Ag( Pt(+) (-) Pt Mg( MgClaq) AgCl( Ag( Pt(+) (-) Pt Chinhydron(aq), HSO4(aq) HCl(aq) HgClaq) Hg(c) Pt (+) (-) Pt O HOaq), HSO4(aq) KMnO4(aq), MnSO4(aq), HSO4(aq) Pt (+) Zadanie 15. Zaproponować schematy ogniw, w których można zrealizować następujące procesy. Podać równania procesów elektrodowych, wzory na potencjały względne półogniw i siłę elektromotoryczną ogniwa. Równania reakcji zapisano w kierunku termodynamicznie możliwym dla stanów reagentów bliskich stanom standardowym. Określ znaki biegunów półogniw. H O H O( aq) Pb PbO PbSO H SO4( aq) PbSO 4( aq) H O( c) H H SO Pb 4( 4( aq) ( AgCl ( Zn( 4KOH ( aq) Ag K[ Zn( OH) 4] ( aq) KCl( aq) Ag ( Cl AgCl ( Sb O3( Sb( O( c) PbCl Hg Pb Hg Cl ( aq) (

4 Zadanie 16. Standardowy potencjał półogniwa w którym przebiega reakcja AgI e Ag I wynosi -15 mv, natomiast półogniwa, w którym biegnie reakcja: Ag e Ag jest równy 800 mv. Obliczyć iloczyn rozpuszczalności AgI. Zadanie Obliczyć stałą równowagi reakcji: Fe Au Fe Au na podstawie wartości standardowych potencjałów półogniw: Au + Au 1,68 V Au 3+ Au 1,50 V Fe 3+ Fe + 0,77 V Zaproponować ogniwo, w którym zachodzi ta reakcja i obliczyć jego E o. Zadanie 18. W temperaturze 5 o C siła elektromotoryczna ogniwa: (-) Cd(H CdCl AgCl Ag(+) wynosi 0,7585V, a standardowa SEM 0,573V. Obliczyć stechiometryczny średni współczynnik aktywności roztworu chlorku kadmowego o stężeniu m=0,01 mol/kg. Zadanie 19. Roztwór zawierający Sn(ClO4) i Pb(ClO4) wytrząsano z nadmiarem stałego Pb i Sn. Po ustaleniu się stanu równowagi stosunek aktywności Sn + do Pb + wynosił,98. Obliczyć potencjał standardowy elektrody Sn + /Sn (potencjał ten trudno zmierzyć bezpośrednio), jeżeli potencjał elektrody Pb + /Pb wynosi -13mV. Zadanie 0. Dane jest ogniwo Ag AgCl CuCl Cu Stężenie CuCl wynosi m=1, mol kg -1 HO, natomiast standardowa SEM tego ogniwa wynosi 0,48V. Obliczyć siłę elektromotoryczną ogniwa. Zadanie 1. Zaproponować trzy ogniwa, w których mogłaby przebiegać reakcja syntezy wody z substancji prostych. Napisać równania procesów elektrodowych i wyrażenia określające SEM tych ogniw. Przyjmując, że ciśnienie reagentów gazowych jest równe 1 bar, a stężenie elektrolitu w ogniwach wynosi 0,134 M obliczyć siłę elektromotoryczną ogniwa. Zadanie. Zaproponować schematy ogniw z których pomiarów można wyznaczyć wartości funkcji termodynamicznych dla następujących reakcji:

5 HgO H ( H O Fe( Hg( c) Fe( OH) Cl HCl ( c) Dla zaproponowanych ogniw podać równania procesów elektrodowych i wyrażenia określające potencjały elektrod i SEM ogniw. Zadanie 3. Dane jest ogniwo: Pt / H / HSO4 / CrSO4( / Cr Ciśnienie wodoru wynosi 1 bar, a stężenie kwasu siarkowego jest równe 0,001M. Standardowa siła elektromotoryczna tego ogniwa wynosi 398mV. Potencjał standardowy elektrody na której zachodzi reakcja Cr e Cr wynosi 575 mv. W temperaturze 5 o C współczynnik temperaturowy ogniwa wynosi V/K. a) podać równania procesów elektrodowych, równanie reakcji sumarycznej zachodzącej w ogniwie oraz wyrażenia na potencjał każdej elektrody i SEM ogniwa; b) Obliczyć SEM ogniwa w temperaturze 5 o C; c) Obliczyć stałą równowagi reakcji zachodzącej w ogniwie; d) Obliczyć iloczyn rozpuszczalności CrSO4; e) Obliczyć G o, S o i H o reakcji zachodzącej w ogniwie. Zadanie 4. Obliczyć siłę jonową temperaturze 98,15K wodnego roztworu chlorku barowego o stężeniu 0,00M oraz opierając się na prawie granicznym Debey a Huckla wyznaczyć: a) współczynnik aktywności jonów Ba + i Cl - w roztworze b) średni jonowy współczynnik aktywności tych jonów. Zadanie 5. Rozpuszczalność Ag3PO4 wynosi 1, mol kg -1. Obliczyć rozpuszczalność Ag3PO4 w roztworach zawierających: 1. 0,000 mol kg HO -1 NaClO4 i 0,000 mol kg HO -1 KNO3. 0,000 mol kg HO -1 AgClO4 i 0,000 mol kg HO -1 AgNO3 Zadanie 6. Rozpuszczalność BaSO4 w wodzie wynosi 1, mol kg -1. Obliczyć rozpuszczalność BaSO4 w roztworach zawierających: 1. 0,000 mol kg -1 K4Fe(CN)6. 0,0300 mol kg -1 BaFe(CN)6 Zadanie 7. Obliczyć stałą równowagi reakcji zachodzącej w ogniwie: (-) Sn / Sn + // Pb + / Pb (+) wiedząc, że potencjały standardowe elektrody Sn + /Sn oraz Pb + /Pb są odpowiednio równe -0,140V oraz -0,16V.

6 Zadanie 8. Dane jest następujące ogniwo: Cd(H / CdIaq) / HgI/ Hg / Pt W temperaturze 18 o C siła elektromotoryczna tego ogniwa wynosi 0,4309 V, a współczynnik temperaturowy E / T ) p wynosi 4, V/K. Należy obliczyć pracę zewnętrzną maksymalną (entalpię swobodną), entalpię i entropię reakcji biegnącej w ogniwie oraz energię wymienioną na sposób ciepła z otoczeniem. Zadanie 9. W temperaturach bliskich 5 o C siłę elektromotoryczną ogniwa: (-) Pt / Hg / HgBr / Br - (aq) / AgBr( / Ag( / Pt (+) opisuje równanie korelacyjne ESEM=68,04 + 0,31 (t/ o C 5.00) [mv]. Podać reakcję sumaryczną biegnącą w ogniwie oraz obliczyć jej G, S oraz H w temperaturze 5 o C i 8 o C. Współczynnik temperaturowy wynosi 0,31 mv/k. Zadanie 30. Zaproponować schematy ogniw, w których można zrealizować odwracalnie bieg reakcji: Cd Hg Cl Hg CdCl ( ( c) aq) BiO3( ) Bi( Mg Ag s O ( AgCl ( Ag ( MgCl aq) O Zn ZnO Ag ( ( ( ( Zadanie 31. Znana jest zależność oporu wodnych roztworów chlorku barowego w temperaturze 5 o C od stężenia oraz stała naczyńka konduktometrycznego k = 150m -1. c [mol/dm 3 ] 0,000 0,0005 0,001 0,00 R [ ] Wyznaczyć graniczną przewodność molową w wodnym roztworze chlorku barowego w 5 o C. Zadanie 3. Siła elektromotoryczna ogniwa stężeniowego z przenoszeniem: Ag AgCl NaCl (m1=0,01 M) NaCl (m = 0,001 M) AgCl Ag Wynosi 44,77 mv, a liczba przenoszenia jonu Na + wynosi 0,390. Obliczyć średni współczynnik aktywności NaCl w roztworze o stężeniu 0,01 M. Dla stężenia 0,001 M można obliczyć średni współczynnik aktywności na podstawie teorii Debye a Huckela.