Τετάρτη, 15 Νοεμβρίου 2017

ΣΥΝΔΙΑΣΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1-5



 Άσκηση επαναληπτική σε 5 κεφάλαια

    α.  Ποσότητα ΝΗ3 αντέδρασε  με  περίσσεια  CuΟ σε δοχείο 2L , η  δε αντίδραση πραγματοποιήθηκε με  μέση ταχύτητα 0,001Μ.s-1  και διήρκησε 50s , οπότε το CuΟ στο τέλος  εμφάνισε  μείωση βάρους  ΔmCuΟg.  Nα βρεθεί το ω.
  
 β.   Η ποσότητα του Ν2  που υπάρχει στο δοχείο, μαζί με κ mol H2 , διοχετεύονται σε δοχείο σταθερού όγκου  και σε σταθερή θερμοκρασία  οπότε με απόδοση 50%  αποκαθίσταται  η ισορροπία  Ν2 + 3H2  2ΝΗ3 στην οποία βρέθηκε nΝ2=nH2.
 Nα βρεθούν:
      i.  H σύσταση σε mol του μίγματος της Χ.Ι. 
     ii. Η αντίδραση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη, άν δίνεται ότι η  αύξηση θερμοκρασίας οδηγεί σε νέα X.I, με την  ΝΗ3   να συμμετέχει με 20% v/v.

     γ. Ποσότητα ΝΗ3 ίση με αυτή που παράχθηκε στην 1η ΧΙ., διαλύεται σε νερό,  που περιέχει σταγόνες δείκτη ΗΔ και προκύπτει δ/μα Δ  VL με  pH=11.
      Διαβιβάζουμε   στο δ/μα  Δ  το ΗCl(g) , που απαιτείται για την  πλήρη εξουδετέρωση του ( χωρίς ΔV) και βρίσκουμε  pH=5.
      Nα βρεθούν:    
       i.   O όγκος  του εξουδετερωμένου δ/τος.
       ii. Tο χρώμα του εξουδετερωμένου δ/τος.  
         Δίνεται το χρώμα του ΗΔ κόκκινο και του Δ-  μπλε.
    
δ. Διάλυμα ΝΗ3 και διάλυμα ασθενούς βάσης  Β  (Κb=10-6 ),  της ίδιας συγκέντρωσης και του ίδιου όγκου,  με προσθήκη ΗCl(g) αποκτούν  pH=7.                   
     Ποιο  από τα δυο διαλύματα χρειάστηκε λιγότερο ΗCl(g).  
      
    ε.    Διάλυμα ΝΗ3   Δ1     έχει   pH >11  και V1= VL.
           Διάλυμα ΚΟΗ Δέχει   pH <13   και V2=VL.
     Ποιο  από τα δυο δ/τα χρειάστηκε περισσότερο ΗCl(g) για πλήρη εξουδετέρωση.  

ΛΥΣΗ



α.             2ΝΗ3  +   3CuΟ →   Ν2  +  3Cu + 3Η2Ο
αντ/παρ:    2x             3x            x        3x

                  υ= υΝ2  => 0,001Μ.s-1 = (x/2)/50s => x = 0,1mol

                  ΔmCuΟ = mCuΟ- mCu = mO =3∙0,1∙16= 4,8=>  ΔmCuΟ = ω=4,8g


β.               Ν2    +     3H2         2ΝΗ3

                   0,1           κ
                    y            3y                2y
               0,1-y         κ-3y              2y

Ισχύει    0,1-y = κ-3y =>2y=κ- 0,1=> y = 0,5κ- 0,05   (1)

 Ισχύει επίσης   y < 0,1  λόγω της (1) =>  0,5κ- 0,05 < 0,1 => =>0,5κ< 0,15  =>  κ< 0,3 .  
Άρα  το Η2 βρίσκεται σε έλλειμμα και θα εργαστούμε μ΄ αυτό.
   Στο ίδιο συμπέρασμα  καταλήγουμε αν πάρουμε 3y < κ

Εναλλακτικά

   Στο τέλος έχουμε ίσα mol Ν2  και H2 παρ΄ολο που ο συντελεστής  του Ν2 στην αντίδραση είναι μικρότερος από αυτόν του H2, άρα το Ν2 είναι σε περίσσεια και θα εργαστούμε μ΄ αυτό

                     Ν2       +     3H2         2ΝΗ3
                     0,1                κ
                   0,5κ/3           0,5κ               κ/3            
                 0,1-0,5κ/3       0,5κ               κ/3                     
      
           Ισχύει  0,1-0,5κ/3=0,5κ  =>    κ=0,15

   i.  H σύσταση σε mol του μίγματος της Χ.Ι. είναι  nΝ2=0,1-0,5κ/3=0,1-0,5.0,15/3=>
=>nΝ2=0,075= nH2   και nΝΗ3= κ/3=0,15/3=> nΝΗ3=0,05  και  nολ= 0,2mol.
  ii.    To ποσοστό της ΝΗ3 στο μίγμα της 1ης Χ.Ι. είναι (0,05/0,2)∙100=25%.
         To ποσοστό της ΝΗ3 στο μίγμα της 2ης Χ.Ι. δίνεται 20%.
Παρατηρούμε ότι με αύξηση της θερμοκρασίας μειώνεται η απόδοση σε ΝΗ3
                                 Άρα η σύνθεση της ΝΗ3 είναι εξώθερμη
 
   γ.   i. Από το δ/μα της ΝΗ3
          pH=11  =>  pΟH = 3 => CΟH- = 10-3 =>   Kb=10-6 /C   (1)
        Από το εξουδετερωμένο δ/μα της ΝΗ3 που περιέχει μόνο ΝΗ4Cl
           έχουμε      pH=5  =>  CH+ = 10-5 =>   Ka=10-10 /C   (2)
        Από (1)  και  (2) :  KbKa =[10-6 /C] [10-10 /C]  => C=0,1M και
                                    από  C=n/V  =>0,1=0,05/V=>V =0, 5L                                    
      Άρα ο όγκος  του εξουδετερωμένου δ/τος  Δ της ΝΗ3 είναι V =0, 5L.

  iiΟ δείκτης ΗΔ στο καθαρό νερό στους 25οC διίσταται κατά 50%,
άρα από Κα ΗΔ = CH3O+-]/[ΗΔ]=> ΚαΗΔ = 10-7-]/[ΗΔ] =>  ΚαΗΔ = 10-7
  Δηλαδή  για   pH ≥ 8 το δ/μα αποκτά χρώμα μπλε και για  pH ≤ 6 το δ/μα
αποκτά χρώμα κόκκινο.
  Άρα  στο εξουδετερωμένο δ/μα της ΝΗ3 που έχει pH=5 το δ/μα αποκτά χρώμα κόκκινο.               
  
     δ. Διάλυμα ΝΗ3
 Συγκέντρωση δ/τος C1 =CM και όγκος δ/τος V1 =VL οπότε nΝΗ3=CV.
Mε την προσθήκη του ΗCl(g) για   pH = 7 έχουμε Ρ.Δ.   ΝΗ3/ΝΗ4Cl.

            ΝΗ3 +  HCl     ΝΗ4Cl        
            CV           λ
               λ           λ                  λ
          CV-λ         0                  λ

 Στο Ρ.Δ ισχύει [OH-] = Kb[ΝΗ3]/[ ΝΗ4Cl] =>
=>10-7=10-5(CV-λ)/λ=>λ=0,99 CV mol
Διάλυμα B
Συγκέντρωση δ/τος C2 =CM και όγκος δ/τος V2 =VL οπότε nB=CV.
Oπως στην ΝΗ3 καταλήγουμε
10-7=10-6(CV -κ)/κ => κ=0,91 CV mol
Λιγότερο ΗCl(g)  χρειάστηκε η βάση Β.
(Αναμενόμενο αποτέλεσμα, καθώς ο ισχυρότερος ηλεκτρολύτης, προβάλλει μεγαλύτερη αντίσταση στη μεταβολή του pH)

  ε.  Διάλυμα ΝΗΔ1   
pH >11=> pOH <3  => COH-  >10-3  => Kb∙C1 >10-6  => 10-5∙C1 >10-6  => C1 >0,1M 
Εξουδετέρωση  :    nHCl= nΝΗ3=C1V και C1 > 0,1M =>
                         => nΝΗ3/V >0,1 => nΝΗ3=n1HCl > 0,1∙V
Διάλυμα KOH  Δ2   
pH <13=> pOH >1  => COH- < 0,1M  => CΚOH- = C2< 0,1M 
Εξουδετέρωση  :    nHCl= nΚΟΗ=C2V και C2 < 0,1M =>
                         => nΚΟΗ/V< 0,1 =>  nΚΟΗ =n2HCl < 0,1∙V
      Άρα  n1HCl > n2HCl  δηλαδή από τα δυο διαλύματα χρειάζεται περισσότερο ΗCl(g) για πλήρη εξουδετέρωση το δ/μα της ΝΗ3.