Bestämning av stökiometriska koefficienter i ekvationerna för redoxreaktioner. Stökiometriska koefficienter Vad betyder samma stökiometriska sammansättning?

Överskottsluftskoefficienten med denna metod för att organisera förbränningsprocessen bör motsvara rika blandningar nära stökiometriska. I det här fallet kommer det att vara mycket svårt att organisera en effektiv förbränning av magra blandningar på grund av den otillräckligt höga utbredningshastigheten för flamfronten med en hög sannolikhet för dämpning av antändningskällor, betydande cykliska ojämnheter i förbränningen och i slutändan feltändningar. Således kan denna riktning kallas extremt långsam förbränning av rika gas-luftblandningar.[...]

Överskottsluftskoefficienten (a) påverkar avsevärt förbränningsprocessen och komponentsammansättningen av förbränningsprodukter. Uppenbarligen, vid en 1,0) har det praktiskt taget ingen effekt på komponentsammansättningen av rökgaserna och leder bara till en minskning av koncentrationen av komponenter på grund av utspädning med luft som inte används i förbränningsprocessen.

Baserat på de stökiometriska koefficienterna för reaktionen för framställning av dialkylklortiofosfat och den optimala lösningen för kriterium 2, inför vi begränsningen X3 = -0,26 (1,087 mol/mol).[...]

Detta ger värdet på den stökiometriska koefficienten för polyfosfatförbrukning 1/us,p = g P/g COD(NAs).[...]

I tabell Tabell 24.5 visar de stökiometriska utbyteskoefficienterna bestämda i experiment utförda i kontinuerliga satsreaktorer med renkultur. Dessa värden stämmer ganska bra överens trots de olika mikrobiologiska tillväxtförhållandena.[...]

Från uttryck (3.36) finner vi den stökiometriska koefficienten "sat.p = 0.05 g P/g COD(NAs).[...]

[ ...]

Från exempel 3.2 kan du hitta de stökiometriska koefficienterna för ekvationen för avlägsnande av ättiksyra: 1 mol HAc (60 g HAc) kräver 0,9 mol 02 och 0,9 32 = 29 g 02.[...]

I dessa formler ingår den första utgångssubstansen i alla stökiometriska ekvationer och dess stökiometriska koefficient i dem är V/, = -1. För detta ämne anges graden av omvandling av lu i varje stökiometrisk ekvation (det finns totalt K). I ekvationerna (3.14) och (3.15) antas det att den i:te komponenten, den produkt för vilken selektivitet och utbyte bestäms, bildas endast i den 1:a stökiometriska ekvationen (då E/ = x(). Mängderna av komponenter i dessa formler mäts i mol (beteckning LO, som traditionellt accepteras inom de kemiska vetenskaperna. [...]

Vid uppställning av redoxekvationer hittas de stökiometriska koefficienterna utifrån grundämnets oxidation före och efter reaktionen. Oxidationen av ett grundämne i föreningar bestäms av antalet elektroner som spenderas av atomen på bildandet av polära och joniska bindningar, och tecknet på oxidation bestäms av riktningen för förskjutningen av de bindande elektronparen. Till exempel är oxidationen av natriumjonen i NaCl-föreningen +1, och den för klor är -I.[...]

Det är mer bekvämt att representera stökiometrin för en mikrobiologisk reaktion med användning av en stökiometrisk balansekvation snarare än i form av tabeller över utbyteskoefficientvärden. En sådan beskrivning av sammansättningen av komponenterna i en mikrobiologisk cell krävde användningen av en empirisk formel. Formeln för cellsubstansen C5H702N fastställdes experimentellt, som ofta används vid framställning av stökiometriska ekvationer.[...]

I tabell 3.6 presenterar typiska värden för kinetiska och andra konstanter, såväl som stökiometriska koefficienter för den aeroba processen för rening av avloppsvatten från tätbebyggelse. Det bör noteras att det finns en viss korrelation mellan individuella konstanter, så det är nödvändigt att använda en uppsättning konstanter från en källa, snarare än att välja individuella konstanter från olika källor. I tabell 3.7 visar liknande samband.[...]

Metoden är standardiserad med kända mängder jod, omvandlat till ozon, baserat på en stökiometrisk koefficient lika med enhet (1 mol ozon frigör 1 mol jod). Denna koefficient stöds av resultaten från ett antal studier, på grundval av vilka stökiometrin för ozonreaktioner med olefiner fastställdes. Med en annan koefficient skulle dessa resultat vara svåra att förklara. Arbetet fann dock att den angivna koefficienten är 1,5. Detta överensstämmer med data enligt vilka en stökiometrisk koefficient lika med enhet erhålls vid pH 9, och i en sur miljö frigörs betydligt mer jod än i neutrala och alkaliska.[...]

Tester utfördes vid full belastning och en konstant vevaxelhastighet på 1 500 min1. Luftöverskottskoefficienten varierade i intervallet 0,8 [...]

Materialprocesser i levande natur, cykler av biogena element är förknippade med energiflöden med stökiometriska koefficienter som varierar inom de mest olika organismerna endast inom en storleksordning. Dessutom, på grund av den höga effektiviteten av katalys, är energiförbrukningen för syntes av nya ämnen i organismer mycket mindre än i de tekniska analogerna av dessa processer.[...]

Mätningar av motoregenskaper och skadliga emissioner för alla förbränningskammare utfördes över ett brett spektrum av förändringar i överskottsluftförhållandet från det stökiometriska värdet till en extremt mager blandning. I fig. 56 och 57 visar huvudresultaten beroende på a, erhållna vid en rotationshastighet på 2 000 min och en helt öppen spjällventil. Värdet på tändningsvinkeln valdes från villkoret att erhålla maximalt vridmoment.[...]

Den biologiska processen för borttagning av fosfor är komplex, så det tillvägagångssätt vi använder är naturligtvis avsevärt förenklat. I tabell Figur 8.1 visar en uppsättning stökiometriska koefficienter som beskriver de processer som sker med deltagande av FAO. Tabellen ser komplicerad ut, men förenklingar har redan gjorts i den.[...]

I ett av de senaste verken accepterades att 1 mol N02 ger 0,72 g N07-jon. Enligt data från International Organization for Standardization beror den stökiometriska koefficienten på sammansättningen av reagenser av Griess-typ. Sex varianter av detta reagens föreslås, som skiljer sig i sammansättningen av dess komponenter, och det anges att absorptionseffektiviteten för alla typer av absorptionslösningar är 90 %, och den stökiometriska koefficienten, med hänsyn till absorptionseffektiviteten, varierar från 0,8 till 1. Att minska mängden NEDA och ersätta sulfanilsyra med sulfanilamid (vit streptocid) ger ett högre värde på denna koefficient. Författarna till verket förklarar detta med förlusten av HN02 på grund av bildandet av NO under bireaktioner.[...]

Vid utformning av biokemiska avloppsvattenreningsanläggningar och analys av deras funktion används vanligtvis följande designparametrar: biologisk oxidationshastighet, stökiometriska koefficienter för elektronacceptorer, tillväxthastighet och fysikaliska egenskaper för aktiverad slambiomassa. Studiet av kemiska förändringar i samband med biologiska omvandlingar som sker i en bioreaktor gör det möjligt att få en ganska fullständig förståelse för strukturens funktion. För anaeroba system, som inkluderar anaeroba filter, behövs sådan information för att säkerställa det optimala pH-värdet i miljön, vilket är huvudfaktorn i den normala driften av behandlingsanläggningar. I vissa aeroba system, såsom de där nitrifikation sker, är pH-kontroll också nödvändig för att säkerställa optimal mikrobiell tillväxthastighet. För slutna reningsverk, som kom i praktiken i slutet av 60-talet, som använder rent syre (oxitank), har studiet av kemiska interaktioner blivit nödvändigt inte bara för pH-reglering, utan också för teknisk beräkning av gasledningsutrustning. [ ...]

Hastighetskonstanten för den katalytiska omvandlingen k i det allmänna fallet är, vid en given temperatur, en funktion av hastighetskonstanterna för framåt-, bakåt- och sidoreaktionerna, såväl som diffusionskoefficienterna för de initiala reagensen och produkterna av deras interaktion . Hastigheten för en heterogen katalytisk process bestäms, såsom noterats ovan, av de relativa hastigheterna för dess individuella steg och begränsas av de långsammaste av dem. Som ett resultat sammanfaller ordningen för den katalytiska reaktionen nästan aldrig med reaktionens molekyläritet som motsvarar det stökiometriska förhållandet i denna reaktions ekvation, och uttryck för beräkning av hastighetskonstanten för den katalytiska omvandlingen är specifika för de specifika stadierna och förhållandena av dess genomförande. [...]

För att kontrollera neutraliseringsreaktionen måste du veta hur mycket syra eller alkali som ska tillsättas till lösningen för att erhålla det erforderliga pH-värdet. För att lösa detta problem kan en metod för empirisk uppskattning av stökiometriska koefficienter användas, vilken utförs med titrering.[...]

Jämviktssammansättningen av förbränningsprodukter i kammaren bestäms av lagen om massverkan. Enligt denna lag är hastigheten för kemiska reaktioner direkt proportionell mot koncentrationen av de initiala reagensen, som var och en tas till en grad lika med den stökiometriska koefficient med vilken ämnet går in i ekvationen för den kemiska reaktionen. Utifrån bränslenas sammansättning kan vi anta att förbränningsprodukterna av till exempel flytande raketbränslen i kammaren kommer att bestå av CO2, H20, CO, N0, OH, Li2, H2, N. H, O, t.ex. fast raketbränsle - från A1203, N2, H2, HC1, CO, C02, H20 vid T = 1100...2200 K. [...]

För att underbygga möjligheten att använda tvåstegsförbränning av naturgas har experimentella studier utförts på fördelningen av lokala temperaturer, koncentrationer av kväveoxider och brännbara ämnen längs med brännarens längd, beroende på överskottsluftförhållandet som tillförs genom brännaren . Experimenten utfördes genom att bränna naturgas i ugnen i en PTVM-50-panna, utrustad med en VTI-virvelbrännare med perifer leverans av gasstrålar till ett virvlande tvärgående luftflöde. Det har konstaterats att vid ag O.bb slutar bränsleutbränningsprocessen på ett avstånd 1ph/X>Out = 4,2, och vid ag=1,10 - på ett avstånd bph10out = 3,6. Detta indikerar en förlängd förbränningsprocess under förhållanden som skiljer sig väsentligt från stökiometriska.[...]

En förenklad matris av processparametrar med aktivt slam utan nitrifikation presenteras i tabell. 4.2. Det antas här att tre huvudfaktorer bidrar till omvandlingsprocessen: biologisk tillväxt, nedbrytning och hydrolys. Reaktionshastigheter anges i den högra kolumnen, och koefficienterna som presenteras i tabellen är stökiometriska. Med hjälp av tabelldata kan du skriva en massbalansekvation, till exempel för det lättnedbrytbara organiska ämnet Be i en idealisk blandningsreaktor. Transportuttrycken är självförklarande. Vi hittar två uttryck som beskriver omvandlingarna av ett ämne genom att multiplicera de stökiometriska koefficienterna från (i detta fall) "komponent" kolumner med motsvarande reaktionshastigheter från den högra kolumnen i tabellen. 4.2.[...]

I fig. Figur 50 visar förändringen i halten av Shx i förbränningsprodukter (g/kWh) beroende på blandningens sammansättning och tändningstiden. Därför att Bildandet av NOx beror till stor del på gasens temperatur, vid tidig antändning ökar utsläppet av NOx. Beroendet av bildandet av 1 Yux på överskottsluftkoefficienten är mer komplext, eftersom det finns två motsatta faktorer. Bildandet av 1Ох beror på syrekoncentrationen i förbränningsblandningen och temperaturen. Att luta blandningen ökar syrekoncentrationen, men minskar den maximala förbränningstemperaturen. Detta leder till att det maximala innehållet uppnås när man arbetar med blandningar som är något sämre än stökiometriska. Vid samma värden på luftöverskottskoefficienten har den effektiva verkningsgraden ett maximum.[...]

I fig. Figur 7.2 visar det experimentella beroendet av metanolkoncentrationen av NO3-N-koncentrationen vid utloppet av det kompletta förträngningsbiofiltret. Linjerna som förbinder de experimentella punkterna kännetecknar fördelningen av ämnet längs filtret vid olika Smc/Sn- förhållanden Kurvornas lutning motsvarar värdet på den stökiometriska koefficienten: 3,1 kg CH3OH/kg NO -N. [... ]

Förhållandet som förbinder koncentrationerna av reagerande ämnen med jämviktskonstanten är ett matematiskt uttryck för massverkans lag, som kan formuleras på följande sätt: för en given reversibel reaktion i ett tillstånd av kemisk jämvikt, förhållandet mellan produkten av jämvikten koncentrationer av reaktionsprodukterna till produkten av jämviktskoncentrationerna av utgångsämnena vid en given temperatur är ett konstant värde, och koncentrationen av varje ämne måste höjas till styrkan av dess stökiometriska koefficient.[...]

I Sovjetunionen används Polezhaev och Girina-metoden för att bestämma NO¡¡ i atmosfären. Denna metod använder en 8% KJ-lösning för att fånga upp kvävedioxid. Bestämning av nitritjoner i den resulterande lösningen utförs med Griess-Ilosvay-reagenset. Kaliumjodidlösning är en betydligt effektivare NO2-absorbator än alkalilösning. Med sin volym (endast 6 ml) och luftöverföringshastighet (0,25 l/min) passerar inte mer än 2 % NO2 genom absorptionsanordningen med en porös glasplatta. Proverna som tagits är välbevarade (cirka en månad). Den stökiometriska koefficienten för absorptionen av NOa av KJ-lösningen är 0,75, med hänsyn tagen till genombrottet. Enligt våra data stör denna metod inte NO vid ett koncentrationsförhållande av NO:NOa 3:1.[...]

Nackdelarna med denna metod, som används i stor utsträckning vid hantering av högtemperaturavfall, är behovet av att använda dyra alkaliska reagens (NaOH och Na2CO3). Således är det möjligt att tillgodose behoven hos många industrier som behöver neutralisera små mängder flytande avfall med ett brett utbud av kemiska komponenter och valfritt innehåll av organiska klorföreningar. Förbränning av klorhaltiga lösningsmedel bör dock hanteras med försiktighet, eftersom avgaserna under vissa förhållanden (1 > 1200°C, luftförhållande > 1,5) kan innehålla fosgen, en mycket giftig kolkloroxid eller kolsyraklorid ( COC12). Den livshotande koncentrationen av detta ämne är 450 mg per 1 m3 luft.[...]

Processerna för urlakning eller kemisk vittring av svårlösliga mineraler eller deras associationer kännetecknas av bildandet av nya fasta faser; Jämvikter mellan dem och lösta komponenter analyseras med hjälp av termodynamiska fasdiagram. Grundläggande svårigheter här uppstår vanligtvis i samband med behovet av att beskriva kinetiken i processer, utan vilken deras övervägande ofta inte är motiverat. Motsvarande kinetiska modeller kräver reflektion av kemiska interaktioner i explicit form - genom de partiella koncentrationerna av reagerande ämnen cx, med hänsyn till de stökiometriska koefficienterna V. för specifika reaktioner.

Ett av de viktigaste kemiska begreppen som stökiometriska beräkningar bygger på är kemisk mängd av ett ämne. Mängden av något ämne X betecknas med n(X). Måttenheten för mängden av ett ämne är mol.

En mol är mängden av ett ämne som innehåller 6,02 10 23 molekyler, atomer, joner eller andra strukturella enheter som utgör ämnet.

Massan av en mol av något ämne X kallas molär massa M(X) av detta ämne. Genom att känna till massan m(X) för något ämne X och dess molära massa kan vi beräkna mängden av detta ämne med formeln:

Numret 6.02 10 23 är uppringt Avogadros nummer(Na); dess dimension mol –1.

Genom att multiplicera Avogadros tal N a med mängden ämne n(X), kan vi beräkna antalet strukturella enheter, till exempel molekyler N(X) av något ämne X:

N(X) = Na · n(X) .

I analogi med begreppet molmassa introducerades begreppet molarvolym: molar volym V m (X) av något ämne X är volymen av en mol av detta ämne. Genom att känna till volymen av ämnet V(X) och dess molära volym kan vi beräkna den kemiska mängden av ämnet:

Inom kemin har vi särskilt ofta att göra med den molära volymen av gaser. Enligt Avogadros lag innehåller lika volymer av alla gaser som tas vid samma temperatur och lika tryck samma antal molekyler. Under lika förhållanden upptar 1 mol av valfri gas samma volym. Under normala förhållanden (norm) - temperatur 0°C och tryck 1 atmosfär (101325 Pa) - är denna volym 22,4 liter. Således, vid nr. V m (gas) = ​​22,4 l/mol. Det bör särskilt betonas att det molära volymvärdet på 22,4 l/mol används endast för gaser.

Genom att känna till ämnens molära massor och Avogadros nummer kan du uttrycka massan av en molekyl av vilket ämne som helst i gram. Nedan är ett exempel på att beräkna massan av en vätemolekyl.

1 mol vätgas innehåller 6,02·10 23 molekyler H 2 och har en massa på 2 g (eftersom M(H 2) = 2 g/mol). Därav,

6.02·1023 H2-molekyler har en massa av 2 g;

1 molekyl H2 har massan x g; x = 3,32·10 –24 g.

Begreppet "mol" används ofta för att utföra beräkningar på kemiska reaktionsekvationer, eftersom de stökiometriska koefficienterna i reaktionsekvationen visar i vilka molförhållanden ämnen reagerar med varandra och bildas som ett resultat av reaktionen.

Till exempel innehåller reaktionsekvationen 4 NH 3 + 3 O 2 → 2 N 2 + 6 H 2 O följande information: 4 mol ammoniak reagerar utan överskott eller brist med 3 mol syre, vilket resulterar i bildandet av 2 mol ammoniak kväve och 6 mol vatten.

Exempel 4.1 Beräkna massan av den fällning som bildas under växelverkan mellan lösningar innehållande 70,2 g kalciumdivätefosfat och 68 g kalciumhydroxid. Vilket ämne kommer att finnas kvar i överskott? Vad är dess massa?

3 Ca(H 2 PO 4) 2 + 12 KOH ® Ca 3 (PO 4) 2 ¯ + 4 K 3 PO 4 + 12 H 2 O

Från reaktionsekvationen kan man se att 3 mol Ca(H 2 PO 4) 2 reagerar med 12 mol KOH. Låt oss beräkna mängden reaktanter som ges enligt villkoren för problemet:

n(Ca(H2P04)2) = m(Ca(H2P04)2)/M(Ca(H2P04)2) = 70,2 g: 234 g/mol = 0,3 mol;

n(KOH) = m(KOH)/M(KOH) = 68 g: 56 g/mol = 1,215 mol.

för 3 mol Ca(H 2 PO 4) krävs 2 12 mol KOH

för 0,3 mol Ca(H 2 PO 4) krävs 2 x mol KOH

x = 1,2 mol - det här är hur mycket KOH som krävs för att reaktionen ska ske utan överskott eller brist. Och enligt problemet finns det 1,215 mol KOH. Därför är KOH i överskott; mängd KOH kvar efter reaktionen:

n(KOH) = 1,215 mol - 1,2 mol = 0,015 mol;

dess massa m(KOH) = n(KOH) × M(KOH) = 0,015 mol × 56 g/mol = 0,84 g.

Beräkningen av den resulterande reaktionsprodukten (fällning Ca 3 (PO 4) 2) bör utföras med ett ämne som är en bristvara (i detta fall Ca(H 2 PO 4) 2), eftersom detta ämne kommer att reagera fullständigt . Från reaktionsekvationen är det tydligt att antalet mol Ca 3 (PO 4) 2 som bildas är 3 gånger mindre än antalet mol reagerad Ca(H 2 PO 4) 2:

n(Ca3(PO4)2) = 0,3 mol: 3 = 0,1 mol.

Därför är m(Ca 3 (PO 4) 2) = n(Ca 3 (PO 4) 2) × M(Ca 3 (PO 4) 2) = 0,1 mol × 310 g/mol = 31 g.

Uppgift nr 5

a) Beräkna de kemiska mängderna av de reagerande ämnena som anges i Tabell 5 (volymerna av gasformiga ämnen anges under normala förhållanden);

b) ordna koefficienterna i det givna reaktionsschemat och, med hjälp av reaktionsekvationen, bestämma vilka av ämnena som är i överskott och vilka som är bristfälliga;

c) hitta den kemiska mängden av reaktionsprodukten som anges i tabell 5;

d) beräkna massan eller volymen (se tabell 5) av denna reaktionsprodukt.

Tabell 5 – Villkor för uppgift nr 5

Fortsättning av tabell 5

KONCENTRATION AV LÖSNINGAR

Som en del av den allmänna kemikursen lär sig eleverna 2 sätt att uttrycka koncentrationen av lösningar - massfraktion och molär koncentration.

Massfraktion av löst ämne X beräknas som förhållandet mellan massan av detta ämne och lösningens massa:

,

där ω(X) är massfraktionen av löst ämne X;

m(X) – massa av löst ämne X;

m lösning – lösningens massa.

Massfraktionen av ett ämne, beräknat med ovanstående formel, är en dimensionslös kvantitet uttryckt i bråkdelar av en enhet (0< ω(X) < 1).

Massfraktionen kan uttryckas inte bara i bråkdelar av en enhet, utan också som en procentandel. I det här fallet ser beräkningsformeln ut så här:

Massfraktionen uttryckt i procent kallas ofta procentuell koncentration . Uppenbarligen är den procentuella koncentrationen av lösta ämnen 0 %< ω(X) < 100%.

Den procentuella koncentrationen visar hur många viktdelar av ett löst ämne som finns i 100 viktdelar av en lösning. Om vi ​​väljer grammet som massenhet kan denna definition också skrivas på följande sätt: den procentuella koncentrationen visar hur många gram löst ämne som finns i 100 gram lösning.

Det är tydligt att till exempel en 30% lösning motsvarar en massfraktion av den lösta substansen lika med 0,3.

Ett annat sätt att uttrycka innehållet av lösta ämnen i en lösning är molär koncentration (molaritet).

Molarkoncentrationen av ett ämne, eller molariteten av en lösning, visar hur många mol av ett löst ämne som finns i 1 liter (1 dm3) lösning

där C(X) är den molära koncentrationen av det lösta ämnet X (mol/l);

n(X) – kemisk mängd av löst ämne X (mol);

V lösning – volym lösning (l).

Exempel 5.1 Beräkna molkoncentrationen av H 3 PO 4 i lösningen om det är känt att massfraktionen av H 3 PO 4 är 60 % och lösningens densitet är 1,43 g/ml.

Per definition av procentuell koncentration

100 g lösning innehåller 60 g fosforsyra.

n(H3P04) = m(H3P04): M(H3P04) = 60 g: 98 g/mol = 0,612 mol;

V lösning = m lösning: p lösning = 100 g: 1,43 g/cm3 = 69,93 cm3 = 0,0699 1;

C(H3PO4) = n(H3PO4): V-lösning = 0,612 mol: 0,0699 1 = 8,755 mol/l.

Exempel 5.2 Det finns en 0,5 M lösning av H 2 SO 4. Hur stor är massandelen svavelsyra i denna lösning? Ta lösningens densitet lika med 1 g/ml.

Per definition av molär koncentration

1 liter lösning innehåller 0,5 mol H 2 SO 4

(posten "0,5 M lösning" betyder att C(H 2 SO 4) = 0,5 mol/l).

m lösning = V lösning × ρ lösning = 1000 ml × 1 g/ml = 1000 g;

m(H2SO4) = n(H2SO4) x M(H2SO4) = 0,5 mol x 98 g/mol = 49 g;

ω(H2SO4) = m(H2SO4): m lösning = 49 g: 1000 g = 0,049 (4,9%).

Exempel 5.3 Vilka volymer vatten och 96 % H 2 SO 4 lösning med en densitet på 1,84 g/ml måste tas för att framställa 2 liter av en 60 % H 2 SO 4 lösning med en densitet på 1,5 g/ml.

När man löser problem med att bereda en utspädd lösning från en koncentrerad, bör man ta hänsyn till att den ursprungliga lösningen (koncentrerad), vatten och den resulterande lösningen (utspädd) har olika densiteter. I detta fall bör man komma ihåg att V av den ursprungliga lösningen + V av vatten ≠ V av den resulterande lösningen,

eftersom under blandning av den koncentrerade lösningen och vatten sker en förändring (ökning eller minskning) av hela systemets volym.

Att lösa sådana problem måste börja med att ta reda på parametrarna för den utspädda lösningen (dvs lösningen som måste förberedas): dess massa, massan av det lösta ämnet och, om nödvändigt, mängden av det lösta ämnet.

M 60 % lösning = V 60 % lösning ∙ ρ 60 % lösning = 2000 ml × 1,5 g/ml = 3000 g.

m(H 2 SO 4) i 60 % lösning = m 60 % lösning w(H 2 SO 4) i 60 % lösning = 3000 g 0,6 = 1800 g.

Massan av ren svavelsyra i den beredda lösningen bör vara lika med massan av svavelsyra i den del av en 96 % lösning som måste tas för att framställa en utspädd lösning. Således,

m(H 2 SO 4) i 60 % lösning = m(H 2 SO 4) i 96 % lösning = 1800 g.

m 96% lösning = m (H2SO4) i 96% lösning: w(H2SO4) i 96% lösning = 1800 g: 0,96 = 1875 g.

m (H 2 O) = m 40 % lösning – m 96 % lösning = 3000 g – 1875 g = 1125 g.

V 96 % lösning = m 96 % lösning: ρ 96 % lösning = 1875 g: 1,84 g/ml = 1019 ml » 1,02 l.

V vatten = m vatten: ρ vatten = 1125g: 1 g/ml = 1125 ml = 1,125 l.

Exempel 5.4 Blandade 100 ml av en 0,1 M lösning av CuCl 2 och 150 ml av en 0,2 M lösning av Cu(NO 3) 2. Beräkna molkoncentrationen av Cu 2+, Cl – och NO 3 – joner i den resulterande lösningen.

När man löser ett liknande problem med att blanda utspädda lösningar är det viktigt att förstå att utspädda lösningar har ungefär samma densitet, ungefär lika med densiteten för vatten. När de blandas ändras den totala volymen av systemet praktiskt taget inte: V 1 av den utspädda lösningen + V 2 av den utspädda lösningen +..." V av den resulterande lösningen.

I den första lösningen:

n(CuCl2) = C(CuCl2)V lösning av CuCl2 = 0,1 mol/l x 0,1 1 = 0,01 mol;

CuCl 2 – stark elektrolyt: CuCl 2 ® Cu 2+ + 2Cl – ;

Därför n(Cu2+) = n(CuCl2) = 0,01 mol; n(Cl –) = 2 x 0,01 = 0,02 mol.

I den andra lösningen:

n(Cu(NO3)2) = C(Cu(NO3)2) x V lösning Cu(NO3)2 = 0,2 mol/l x 0,15 l = 0,03 mol;

Cu(NO 3) 2 – stark elektrolyt: CuCl 2 ® Cu 2+ + 2NO 3 –;

Därför n(Cu2+) = n(Cu(NO3)2) = 0,03 mol; n(NO3 –) = 2x0,03 = 0,06 mol.

Efter blandning av lösningarna:

n(Cu 2+) totalt. = 0,01 mol + 0,03 mol = 0,04 mol;

V totalt » V lösning CuCl2 + V lösning Cu(NO3)2 = 0,1 1 + 0,15 1 = 0,25 1;

C(Cu2+) = n(Cu2+): V totalt. = 0,04 mol: 0,25 1 = 0,16 mol/1;

C(Cl –) = n(Cl –): Vtot. = 0,02 mol: 0,25 1 = 0,08 mol/1;

C(NO 3 –) = n(NO 3 –) : Vtot. = 0,06 mol: 0,25 1 = 0,24 mol/l.

Exempel 5.5 684 mg aluminiumsulfat och 1 ml av en 9,8% svavelsyralösning med en densitet av 1,1 g/ml sattes till kolven. Den resulterande blandningen löstes i vatten; Lösningens volym bringades till 500 ml med vatten. Beräkna molkoncentrationerna av H +, Al 3+ SO 4 2– joner i den resulterande lösningen.

Låt oss beräkna mängden lösta ämnen:

n(Al2(SO4)3)=m(Al2(SO4)3): M(Al2(SO4)3)=0,684 g: 342 g mol=0,002 mol;

Al 2 (SO 4) 3 – stark elektrolyt: Al 2 (SO 4) 3 ® 2Al 3+ + 3SO 4 2– ;

Därför n(Al3+)=2×0,002 mol=0,004 mol; n(SO42–)=3×0,002 mol=0,006 mol.

m lösning av H2SO4 = V lösning av H2SO4 × ρ lösning av H2SO4 = 1 ml × 1,1 g/ml = 1,1 g;

m(H2SO4) = m lösning av H2SO4 × w(H2SO4) = 1,1 g 0,098 = 0,1078 g.

n(H2S04) = m(H2S04): M(H2S04) = 0,1078 g: 98 g/mol = 0,0011 mol;

H 2 SO 4 är en stark elektrolyt: H 2 SO 4 ® 2H + + SO 4 2– .

Därför är n(SO42–) = n(H2SO4) = 0,0011 mol; n(H+) = 2 x 0,0011 = 0,0022 mol.

Enligt villkoren för problemet är volymen av den resulterande lösningen 500 ml (0,5 l).

n(SO 4 2–) tot. = 0,006 mol + 0,0011 mol = 0,0071 mol.

C(Al3+) = n(Al3+): V-lösning = 0,004 mol: 0,5 1 = 0,008 mol/l;

C(H+) = n(H+): V-lösning = 0,0022 mol: 0,5 1 = 0,0044 mol/1;

С(SO 4 2–) = n(SO 4 2–) totalt. : V lösning = 0,0071 mol: 0,5 1 = 0,0142 mol/l.

Exempel 5.6 Vilken massa järnsulfat (FeSO 4 ·7H 2 O) och vilken volym vatten måste tas för att framställa 3 liter 10 % lösning av järn(II)sulfat. Ta lösningens densitet till 1,1 g/ml.

Massan av lösningen som behöver förberedas är:

m lösning = V lösning ∙ ρ lösning = 3000 ml ∙ 1,1 g/ml = 3300 g.

Massan av rent järn(II)sulfat i denna lösning är:

m(FeSO4) = m lösning × w(FeSO4) = 3300 g × 0,1 = 330 g.

Samma massa vattenfri FeSO 4 bör finnas i mängden kristallint hydrat som måste tas för att framställa lösningen. Från en jämförelse av molmassorna M(FeSO 4 7H 2 O) = 278 g/mol och M(FeSO 4) = 152 g/mol,

vi får proportionen:

278 g FeS04-7H2O innehåller 152 g FeS04;

x g FeS04-7H2O innehåller 330 g FeS04;

x = (278.330): 152 = 603,6 g.

m vatten = m lösning – m järnsulfat = 3300 g – 603,6 g = 2696,4 g.

Därför att vattnets densitet är 1 g/ml, då är volymen vatten som måste tas för att bereda lösningen lika med: V vatten = m vatten: ρ vatten = 2696,4 g: 1 g/ml = 2696,4 ml.

Exempel 5.7 Vilken massa av Glaubers salt (Na 2 SO 4 ·10H 2 O) måste lösas i 500 ml 10 % natriumsulfatlösning (lösningstäthet 1,1 g/ml) för att få en 15 % Na 2 SO 4 lösning?

Låt x gram Glaubers salt Na 2 SO 4 10H 2 O krävas. Då är massan av den resulterande lösningen lika med:

m 15 % lösning = m original (10 %) lösning + m Glaubers salt = 550 + x (g);

m av den ursprungliga (10%) lösningen = V 10% lösning × ρ 10% lösning = 500 ml × 1,1 g/ml = 550 g;

m(Na 2 SO 4) i den ursprungliga (10 %) lösningen = m 10 % lösning a · w(Na 2 SO 4) = 550 g · 0,1 = 55 g.

Låt oss genom x uttrycka massan av ren Na 2 SO 4 som finns i x gram Na 2 SO 4 10H 2 O.

M(Na2S04·10H2O) = 322 g/mol; M(Na2S04) = 142 g/mol; därav:

322 g Na2S04·10H2O innehåller 142 g vattenfritt Na2S04;

x g Na2S04·10H2O innehåller mg vattenfritt Na2S04.

m(Na2S04) = 142 x: 322 = 0,441 x x.

Den totala massan av natriumsulfat i den resulterande lösningen kommer att vara lika med:

m(Na2S04) i en 15% lösning = 55 + 0,441 x x (g).

I den resulterande lösningen: = 0,15

varifrån x = 94,5 g.

Uppgift nr 6

Tabell 6 – Villkor för uppgift nr 6

Fortsättning av tabell 6

Fortsättning av tabell 6

KEMISK JÄMFÖRT

Alla kemiska reaktioner kan delas in i 2 grupper: irreversibla reaktioner, d.v.s. fortskrider tills åtminstone ett av de reagerande ämnena är fullständigt förbrukat, och reversibla reaktioner, där ingen av de reagerande ämnena är fullständigt förbrukad. Detta beror på att en reversibel reaktion kan ske i både framåt- och bakåtriktningen. Ett klassiskt exempel på en reversibel reaktion är syntesen av ammoniak från kväve och väte:

N2 + 3 H2 ⇆2 NH3.

I det ögonblick som reaktionen börjar är koncentrationerna av utgångsämnena i systemet maximala; i detta ögonblick är hastigheten för framåtreaktionen också maximal. I det ögonblick som reaktionen börjar finns det fortfarande inga reaktionsprodukter i systemet (i detta exempel ammoniak), därför är hastigheten för den omvända reaktionen noll. När utgångsämnena interagerar med varandra minskar deras koncentrationer, därför minskar hastigheten för den direkta reaktionen. Koncentrationen av reaktionsprodukten ökar gradvis, därför ökar också hastigheten för den omvända reaktionen. Efter en tid blir hastigheten för den framåtriktade reaktionen lika med hastigheten för den omvända reaktionen. Detta tillstånd av systemet kallas kemisk jämviktstillstånd. Koncentrationerna av ämnen i ett system i ett tillstånd av kemisk jämvikt kallas jämviktskoncentrationer. En kvantitativ egenskap hos ett system i ett tillstånd av kemisk jämvikt är jämviktskonstant.

För varje reversibel reaktion a A + b B+ ... ⇆ p P + q Q + ... skrivs uttrycket för den kemiska jämviktskonstanten (K) som en bråkdel, vars täljare innehåller jämviktskoncentrationerna av reaktionsprodukterna , och nämnaren innehåller jämviktskoncentrationerna för utgångsämnena. Dessutom måste koncentrationen av varje ämne höjas till en potens lika med den stökiometriska koefficienten i reaktionsekvationen.

Till exempel för reaktionen N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3.

Det bör man ha i åtanke uttrycket för jämviktskonstanten inkluderar jämviktskoncentrationer av endast gasformiga ämnen eller ämnen i löst tillstånd . Den fasta koncentrationen antas vara konstant och ingår inte i uttrycket för jämviktskonstanten.

CO 2 (gas) + C (fast) ⇆ 2CO (gas)

CH 3 COOH (lösning) ⇆ CH 3 COO – (lösning) + H + (lösning)

Ba 3 (PO 4) 2 (fast) ⇆ 3 Ba 2+ (mättad lösning) + 2 PO 4 3– (mättad lösning) K=C 3 (Ba 2+) C 2 (PO 4 3–)

Det finns två viktigaste typer av problem förknippade med att beräkna parametrarna för ett jämviktssystem:

1) de initiala koncentrationerna av utgångsämnena är kända; utifrån problemets förhållanden kan man finna koncentrationerna av ämnen som har reagerat (eller bildats) vid den tidpunkt då jämvikt uppstår; problemet kräver att man beräknar jämviktskoncentrationerna för alla ämnen och det numeriska värdet av jämviktskonstanten;

2) de initiala koncentrationerna av utgångsämnena och jämviktskonstanten är kända. Villkoret innehåller inga uppgifter om koncentrationer av reagerade eller bildade ämnen. Det krävs att man beräknar jämviktskoncentrationerna för alla reaktionsdeltagare.

För att lösa sådana problem är det nödvändigt att förstå att jämviktskoncentrationen av någon original ämnen kan hittas genom att subtrahera koncentrationen av det reagerade ämnet från den initiala koncentrationen:

Jämvikt C = initial C – C för det reagerade ämnet.

Jämviktskoncentration reaktionsprodukt lika med koncentrationen av produkten som bildas vid tidpunkten för jämvikt:

C-jämvikt = C för den bildade produkten.

För att beräkna parametrarna för ett jämviktssystem är det alltså mycket viktigt att kunna avgöra hur mycket av utgångsämnet som reagerade vid tidpunkten för jämvikt och hur mycket av reaktionsprodukten som bildades. För att bestämma mängden (eller koncentrationen) av reagerade och bildade ämnen, utförs stökiometriska beräkningar med hjälp av reaktionsekvationen.

Exempel 6.1 De initiala koncentrationerna av kväve och väte i jämviktssystemet N 2 + 3H 2 ⇆ 2 NH 3 är 3 mol/l respektive 4 mol/l. När kemisk jämvikt inträffar finns 70 % av den ursprungliga mängden väte kvar i systemet. Bestäm jämviktskonstanten för denna reaktion.

Av förhållandena för problemet följer att när jämvikten inträffar har 30 % av väte reagerat (typ 1 problem):

4 mol/l H 2 – 100 %

x mol/l H 2 – 30 %

x = 1,2 mol/l = C reagerar. (H2)

Som framgår av reaktionsekvationen borde 3 gånger mindre kväve ha kommit in i reaktionen än väte, d.v.s. Med proreak. (N2) = 1,2 mol/l: 3 = 0,4 mol/l. Ammoniak bildas 2 gånger mer än kväve reagerat:

Från bilder. (NH3) = 2 x 0,4 mol/l = 0,8 mol/l

Jämviktskoncentrationerna för alla reaktionsdeltagare kommer att vara följande:

Med lika (H 2)= C start (H 2) - C-reagera. (H 2) = 4 mol/l – 1,2 mol/l = 2,8 mol/l;

Med lika (N 2)= C start (N 2) – C reagera. (N 2) = 3 mol/l – 0,4 mol/l = 2,6 mol/l;

Med lika (NH3) = C-bild. (NH3) = 0,8 mol/l.

Jämviktskonstant = .

Exempel 6.2 Beräkna jämviktskoncentrationerna av väte, jod och vätejodid i systemet H 2 + I 2 ⇆ 2 HI, om det är känt att de initiala koncentrationerna av H 2 och I 2 är 5 mol/l respektive 3 mol/l, och jämviktskonstanten är 1.

Det bör noteras att under förhållandena för detta problem (typ 2-problem) säger tillståndet inget om koncentrationerna av de reagerade utgångsämnena och de resulterande produkterna. Därför, när man löser sådana problem, brukar koncentrationen av något reagerat ämne anses vara x.

Låt x mol/l H 2 reagera när jämvikt uppstår. Sedan, som följer av reaktionsekvationen, bör x mol/l I2 reagera och 2x mol/l HI bildas. Jämviktskoncentrationerna för alla reaktionsdeltagare kommer att vara följande:

Med lika (H 2) = C beg. (H 2) – C reagera. (H2) = (5 - x) mol/l;

Med lika (I 2) = C start (I 2) – C reagera. (I2) = (3 – x) mol/l;

Med lika (HI) = Från bilder. (HI) = 2x mol/l.

4x 2 = 15 – 8x + x 2

3x 2 + 8x – 15 = 0

x 1 = –3,94 x 2 = 1,27

Endast den positiva roten x = 1,27 har fysisk betydelse.

Därför är C lika. (H2) = (5 – x) mol/l = 5 – 1,27 = 3,73 mol/l;

Med lika (I2) = (3 – x) mol/l = 3 – 1,27 = 1,73 mol/l;

Med lika (HI) = 2x mol/l = 2·1,27 = 2,54 mol/l.

Uppgift nr 7

Tabell 7 – Villkor för uppgift nr 7

Fortsättning av tabell 7

När man gör upp en ekvation för en oxidations-reduktionsreaktion (ORR) är det nödvändigt att bestämma reduktionsmedlet, oxidationsmedlet och antalet elektroner som ges och tas emot. Stökiometriska ORR-koefficienter väljs med antingen elektronbalansmetoden eller elektronjonbalansmetoden (den senare kallas även halvreaktionsmetoden). Låt oss titta på några exempel. Som ett exempel på att sammanställa ORR-ekvationer och välja stökiometriska koefficienter kommer vi att analysera processen för oxidation av järn (II) disulfid (pyrit) med koncentrerad salpetersyra: Först och främst kommer vi att bestämma de möjliga reaktionsprodukterna. Salpetersyra är ett starkt oxidationsmedel, så sulfidjonen kan oxideras antingen till maximalt oxidationstillstånd S (H2S04) eller till S (SO2), och Fe - till Fe, medan HN03 kan reduceras till NO eller N02 (uppsättningen av specifika produkter bestäms koncentrationer av reagenser, temperatur, etc.). Låt oss välja följande möjliga alternativ: H20 kommer att vara på vänster eller höger sida av ekvationen, vi vet inte än. Det finns två huvudmetoder för att välja koefficienter. Låt oss först tillämpa elektron-jonbalansmetoden. Kärnan i denna metod är i två mycket enkla och mycket viktiga uttalanden. För det första tar denna metod hänsyn till övergången av elektroner från en partikel till en annan, med nödvändighet med hänsyn till mediets natur (sur, alkalisk eller neutral). För det andra, när man sammanställer elektron-jonbalansekvationen, skrivs endast de partiklar som faktiskt existerar under loppet av en given ORR ned - endast verkligt existerande katjoner eller annoner skrivs i form av joner; Ämnen som är dåligt diiosociativa, olösliga eller frigörs i form av en gas skrivs i molekylär form. När man sammanställer en ekvation för processerna för oxidation och reduktion, för att utjämna antalet väte- och syreatomer, är antingen vattenmolekyler och vätejoner (om mediet är surt), eller vattenmolekyler och hydroxidjoner (om mediet är alkaliskt) introduceras (beroende på medium). Låt oss betrakta oxidationshalvreaktionen för vårt fall. FeS2-molekyler (en svårlöslig substans) omvandlas till Fe3+-joner (järnnitrat (I1) dissocieras fullständigt till joner) och S042-sulfatjoner (dissociation av H2SO4): Låt oss nu betrakta halvreaktionen av reduktion av nitratjonen: utjämna syre, addera 2 till höger sida vattenmolekyler, och till vänster - 4 H+ joner: För att utjämna laddningen lägger vi till 3 elektroner till vänster sida (laddning +3): Slutligen har vi: Reducerar båda delarna med 16H+ och 8H20, får vi den slutliga, förkortade joniska ekvationen för redoxreaktionen: Genom att addera motsvarande antal NOJ nH+ joner till båda sidor av ekvationen, hittar vi reaktionens molekylära ekvation: Observera att för att bestämma antalet elektroner som ges och fick, behövde vi aldrig bestämma grundämnenas oxidationstillstånd. Dessutom tog vi hänsyn till miljöns påverkan och fastställde "automatiskt" att H20 är på höger sida av ekvationen. Det råder ingen tvekan om att denna metod är mycket kemisk vettig. Emprooigo balansmetod. Kärnan i metoden för att hitta stökiometriska koefficienter i ORR-ekvationerna är den obligatoriska bestämningen av oxidationstillstånden för atomerna i de element som deltar i ORR. Med detta tillvägagångssätt utjämnar vi återigen reaktionen (11.1) (ovan tillämpade vi halvreaktionsmetoden på denna reaktion). Reduktionsprocessen beskrivs enkelt: Det är svårare att upprätta ett oxidationsschema, eftersom två grundämnen oxideras samtidigt - Fe och S. Du kan tilldela ett oxidationstillstånd på +2 till järn, 1 till svavel och ta hänsyn till att för en Fe-atom finns det två S-atomer: Du kan dock klara dig utan att bestämma oxidationstillstånd och skriva ner ett diagram som liknar diagram (11.2): Den högra sidan har laddningen +15, den vänstra - 0, så FeS2 måste ge upp 15 elektroner. Vi skriver ner den allmänna balansen: Vi måste "förstå" den resulterande balansekvationen lite mer - den visar att 5 HN03-molekyler går till oxidationen av FeS2 och ytterligare 3 HNO-molekyler behövs för bildningen av Fe(N03)j: För att utjämna väte och syre, till den högra delen måste du lägga till 2 molekyler H20: Elektronjonbalansmetoden är mer universell jämfört med den elektroniska balansmetoden och har en obestridlig fördel i att välja koefficienter i många ORR, i synnerhet med deltagande av organiska föreningar, där även proceduren för att bestämma oxidationstillstånd är mycket komplex . - Tänk till exempel på etylenoxidationsprocessen som sker när den passeras genom en vattenlösning av kaliumpermanganat. Som ett resultat oxideras etylen till etylenglykol HO - CH2 - CH2 - OH, och permanganat reduceras till manganoxid (TV), dessutom bildas kaliumhydroxid, vilket framgår av slutbalansekvationen, även till höger : Efter att ha gjort de nödvändiga reduktionerna av liknande termer, skriver vi ekvationen i slutlig molekylär form* Miljöns inverkan på ORR-processens karaktär. De analyserade exemplen (11.1) - (11.4) illustrerar tydligt "tekniken" för att använda elektron-jonbalansmetoden vid ORR som inträffar i en sur eller alkalisk miljö. Miljöns karaktär påverkar förloppet av en eller annan redoxreaktion; för att "känna" denna påverkan, låt oss överväga beteendet hos samma oxidationsmedel (KMn04) i olika miljöer. MnO2-jonen uppvisar den största oxidativa aktiviteten i en sur miljö, minska till en lägre nivå i en neutral miljö, återhämta sig till Mn+4(Mn0j), och den lägsta - i livmoderhalsstyrkan, i vilken den har stigit till (mvnganat-nOn Mn042"). Detta förklaras enligt följande. Syror bildar vid dissociation hysteriumjoner ffjO+, som polariserar 4" MoOG-joner. De försvagar bindningarna av mangan med syre (och förstärker därmed effekten av reduktionsmedlet). I en neutral miljö är den polariserande effekten av vattenmolekyler betydligt lägre . >" MnO-joner; polariserad mycket mindre. I en starkt alkalisk miljö förstärker hydroxidjoner till och med Mn-O-bindningen, vilket resulterar i att reduktionsmedlets effektivitet minskar och MnO^ accepterar endast en elektron. Ett exempel på beteendet hos kaliumpermanganat i en neutral miljö presenteras genom reaktion (11.4). Vi ger också ett exempel på reaktioner som involverar KMPOA i sura och alkaliska miljöer

När du komponerar ekvationer för redoxreaktioner måste följande två viktiga regler observeras:

Regel 1: I alla joniska ekvationer måste bevarande av laddningar observeras. Det betyder att summan av alla laddningar på vänster sida av ekvationen ("den vänstra") måste vara densamma som summan av alla laddningar på höger sida av ekvationen ("den högra"). Denna regel gäller för alla joniska ekvationer, både för fullständiga reaktioner och halvreaktioner.

Laddar från vänster till höger

Regel 2: Antalet elektroner som förloras i den oxidativa halvreaktionen måste vara lika med antalet elektroner som erhålls i den reducerande halvreaktionen. Till exempel, i det första exemplet som ges i början av detta avsnitt (reaktionen mellan järn och hydratiserade koppar(II)joner), är antalet elektroner som förloras i den oxidativa halvreaktionen två:

Därför måste antalet elektroner som förvärvas i reduktionshalvreaktionen också vara lika med två:

För att konstruera ekvationen för en fullständig redoxreaktion från ekvationerna för två halvreaktioner kan följande procedur användas:

1. Ekvationerna för var och en av de två halvreaktionerna balanseras separat, med lämpligt antal elektroner adderade till vänster eller höger sida av varje ekvation för att uppfylla regel 1 ovan.

2. Båda halvreaktionernas ekvationer balanseras mot varandra, så att antalet elektroner som går förlorade i en reaktion blir lika med antalet elektroner som erhållits i den andra halvreaktionen, enligt regel 2.

3. Ekvationerna för båda halvreaktionerna summeras för att erhålla den fullständiga ekvationen för redoxreaktionen. Till exempel genom att summera ekvationerna för de två halvreaktionerna ovan och ta bort från vänster och höger sida av den resulterande ekvationen

lika många elektroner finner vi

Låt oss balansera ekvationerna för halvreaktionerna nedan och skapa en ekvation för redoxreaktionen av oxidationen av en vattenlösning av järnsalt till ett järnsalt med hjälp av en sur kaliumlösning.

Steg 1. Först balanserar vi ekvationen för var och en av de två halvreaktionerna separat. För ekvation (5) har vi

För att balansera båda sidorna av denna ekvation måste du lägga till fem elektroner på vänster sida, eller subtrahera samma antal elektroner från höger sida. Efter detta får vi

Detta gör att vi kan skriva följande balanserade ekvation:

Eftersom elektroner måste läggas till vänster sida av ekvationen, beskriver den en reducerande halvreaktion.

För ekvation (6) kan vi skriva

För att balansera denna ekvation kan du lägga till en elektron till höger. Sedan