Пәннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «химия есептерін шығару әдістемесі»
Гей-Люссактың көлемдік қатынас заңы
жүктеу/скачать 4,92 Mb.
|
285b4f1b-dc71-11e4-b960-f6d299da70eeУММ ХЕШ (2)
- Бұл бет үшін навигация:
- ): V(Cl 2 ) :V(HCl)=1 :1 :2 V(N 2 ) :V(H 2 ) :V(NH 3 )= 1:3:2
| Гей-Люссактың көлемдік қатынас заңы: реакцияласушы және реакциядан шығатын газдар көлемдерінің қатынасы бүтін сандар катынасындай болады.
V(H2): V(Cl2) :V(HCl)=1 :1 :2 V(N2) :V(H2) :V(NH3)= 1:3:2 Химиялық кинетика және термодинамика тарауына арналған есепте-жаттығуларды орындау әдістемесі «Химиялық үрдістердің термохимиясы» тарауын оқытуда ең алдымен термохимиялық үрдістер туралы жалпы мағлұмат берілді. Химиялық үрдістердің жүру табиғатын, динамикасын зерттеу белгілі бір қасиетті заттарды синтездеудің ықтималды жолын көрсетеді. Бұл жәйт химия ғылымының теориялық толығуымен қатар оны практикалық жағынан да байытады. Сондықтан, бұл тарауда химиялық реакцияның термохимиясы, термодинамикасы қарастырылды. Химиялық үрдістердің заңдылықтарын қарастырмастан бұрын «жүйе» деген түсінікке анықтама берілді. Жүйе деп – қоршаған ортада бөлініп қарастырылатын заттар жиынтығы. Жүйедегі заттардың қоршаған ортамен заттары және энергия алмасуына байланысты – ашық, жабық және изоляцияланған жүйе деп бөлінеді. Ашық жүйе болса, ол қоршаған ортамен заттардың және энергияның алмасуы болады, ал заттары алмаспай, энергия алмасуы мүмкін жүйе – жабық жүйе деп аталады. Изоляцияланған жүйеде ешқандай алмасу болмауы тиіс, бірақ мұндай жүйенің болу ықтималдығы нольге тең. Жүйедегі заттардың агрегаттық күйлеріне байланысты : гомогенді (бір текті), гетерогенді (әр текті) деп бөлінеді. Термохимия негіздері. Бұл тақырыпты оқытуда термохимия ұғымына анықтама беріледі және бұл ұғым терең қарастырылады. Химиялық реакцияға сай энергияның өзгерулерінің практикалық, теориялық үлкен маңызы бар. Химиялық реакцияның жылу энергиясын білу нәтижесінде қажетті реагенттерді таңдап алып, жылу балансын есептеуге мүмкіндік туады. Химиялық реакцияның жылу эффектісі деп оның тұрақты қысымда, не тұрақты көлемде өткендегі бөліп шығаратын немесе өзіне сіңіретін энергиясын, мөлшерін айтады. Химиялық реакциялардың жылу эффектісін білу реакцияны өндірістік масштабта жүргізуге қажетті аппараттардың жұмыс режимін жобалау үшін аса қажет. Химиялық реакцияның энергетикалық эффектісін және сол эффектің әрекеттесетін заттардың құрамы мен құрылысына, процестің өту жағдайына тәуелділігін зерттейтін сала термохимия деп аталатындығын оқушыларға түсіндірілді. Егер реакция нәтижесінде жылу бөлінсе, оны экзотермиялық, ал сіңірілсе – эндотермиялық реакция деп, ал жылу эффектілері көрсетілген реакция теңдеулерін термохимиялық реакция теңдеулері деп аталады. Оларды өзара мысалдармен реакция теңдеулері арқылы түсіндірілді. С(к) + О2(г) = СО2(г) + 393,5 кДж Экзотермиялық реакция 2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(г) + 483,6 кДж С аСО3(кр) = СаО(кр) + СО2(г) – 178 кДж Эндотермиялық реакция Са(ОН)2(кр) = СаО(кр) + Н2О(г) – 109,3 кДж Термохимияның екі заңы бар, олардың екеуі де энергия сақталу заңынан шыққан: Лавуазе мен Лаплас заңы: «Элементтер қосылып бір зат түзгенде бөлініп шығатын энергия мөлшері сол зат элементтерге қайта айырылу үшін қажетті энергия мөлшеріне тең». Мысалы: ½ Н2 + ½ F2 = HF + 269 кДж HF = ½ Н2 + ½ F2 – 269 кДж Гесс заңы: «Химиялық процесс тікелей жүрсін немесе бірнеше сатыда өтсін, оған керекті жылу әрқашанда бір мөлшерде болады». Мысалы: 2P + 5Cl2 = 2PCl5 + 2*444,7 кДж 2 P + 3Cl2 = 2PCl3 + 2*322,2 кДж 2PCl3 + Cl2 = 2PCl5 + 2*125,5 кДж 2*447,7 кДж Қай жолмен болсада (тікелей немесе сатылану жолдары) бес хлорлы фосфор түзілгенде бөлініп шығатын жылу мөлшері 447,7 кДж. Химиялық термодинамика заңдары. Сурет 1. Лавуазе мен Лаплас және Г.И.Гесс заңдарының графикалық бейнесі. aA + bB = dD + Qp Qp ≠ Q(D) түзілу a/d A + b/d B = D + Qp Qp = Q(D) түзілу Лавуазье-Лаплас заңы: |Qтүзілу| = |Qайырылу| D = a/d A + b/d B - Qp Qp = Q(D) айырылу Термодинамика термохимия сияқты жүйедегі жүретін үрдістердің бастапқы және соңғы күйін қарастырғанымен оның соңғы күйге жету жолын ескермейді. Жүйенің күйі оның интенсивті және экстенсивті және қасиеттерімен анықталады. Интенсивті қасиеттеріне қысым, температура, концентрация жатады, бұлармен жүйенің әрбір нүктесі сипатталады. Ал, экстенсивтіге – зат мөлшері мен массасына байланысты қасиеттері жатады. Осы екі қасиетке де физикалық шама уақыт кірмейді, оның себебі термодинамика тепе-теңдікте тұрған жүйені зерттейді. Жүйенің күйін былай өрнектеуге болады: f(P, V, T) = 0 (1) Бұл үш шама арасындағы байланыс идеалды газдар үшін Клапейрон-Менделеев теңдеуімен өрнектеледі: PV = m/M *RT; (2) T = 273 + t; R = 8,3144 Дж/к*моль Көпшілік жүйелер үшін жүйенің күйін көрсететін теңдеулер белгісіз. Сондықтан, термодинамика жүйенің күйін сипаттау үшін бес түрлі функция пайдаланылады: E, U, H, S, G. E – жүйенің толық энергиясы. Тоық энергия қозғалыстағы жүйенің үш түрлі энергиясымен анықталатындығын формуласын көрсету арқылы түсіндірілді. Е = Екин + Епот + U (3) Мұндағы, Екин - кинетикалық энергия Епот – потенциялдық энергия U – жүйенің ішкі энергиясы Жүйенің ішкі энергиясы (U) деп жүйені құрайтын материалдық дүниелердің кинетикалық және потенциалдық энергиясынан басқа энергия түрлерінің (молекула және молекула ішілік байланыс энергиясы, атомның құрамдас бөліктерініңбайланыс энергиясы) қосындысымен анықталатын шаманы айтады. Бұл шаманың сандық мәнін нақты анықтауға мүмкін де емес және термодинамика үшін тек оның өзгерісін білген жеткілікті. Термодинамиканың бірінші заңы бойынша жүйенің ішкі энергиясының қоры сыртқы ортамен энергия алмасу болмағанда тұрақты болады. Жүйеге сырттан берілетін энергия оның ішкі энергиясын өзгертеді және сыртқы күштерге қарсы әсер ететін жұмысқа айналады: Q = ∆ U + A (4) Бұл формула термодинамиканың бірінші заңының және энергия сақталу заңының математикалық өрнегі болып есептелінеді. Тұрақты қысымда өтетін, әрі жұмыс газының көлем ұлғаюына тең болып жүретін изобаралық процестерді сипаттайтын жаңа шама энтальпия енгізілді. ∆H = ∆U + p* ∆ V (5) Жүйенің ішкі энергиясымен оның құрамындағы бөлшектердің атқаратын жұмысы біріккен күйдегі жалпы энергиясы энтальпия деп аталады. Химиялық реакцияның жылу эффектісі энтальпияның өзгерісіне тең. Qp = H2 – H1; Q = ∆H; (6) Изоляцияланған жүйеде энтрапияның арту бағытында үрдіс өздігінен жүреді, бұл термодинамиканың ІІ-заңы болып есептелінеді. Ендігі функция Гиббс энергиясын (G) енгіземіз, ол тұрақты қысымда жүйенің тұрақтылығының өлшемі болып есептеледі, осы функцияның өзгерісі реакцияның жүруіне әсер ететін фактор (энтальриялық және энтропиялық) басын біріктіреді және жүйеде жүретін үрдіс бағытын анықтауға мүмкіндік береді. ∆G = ∆H - T∆S (7) Гесс заңы бойынша тек химиялық реакция жылу эффектісін емес жылу өзгере жүретін процестердің еру, кристалдану, булану фазалық өзгерістерін жылу эффектілерінде анықтауға болады. Гесс заңының маңызды 2 салдары бар: Химиялық реакцияның жылу эффектісі реакция өнімдерінің түзілу жылуларының қосындысынан бастапқы реагенттердің түзілу жылуларының қосындысын алып тастағанғандағы айырмаға тең. Реакцияның жылу эффектісін табу үшін реагенттер мен өнімдердің жану жылуларының айырымын пайдаланады. Газдардың ретсіз жағдайға тырысып араласудың негізі болып табиғаты байқалады. Осы ретсіз жағдайды бағалау үшін энтропия деп аталатын функция есептеледі. (∆S) Жүйенің ретсіздігі неғұрлым көп болса, соғұрлым энтропия жоғары болады. Энтропия бөлшектердің қозғалысын анықтайды. Ол ретсіздік өлшеуі. Өлшем бірлігі кДж/моль*К. Бұл өлшем бірлікті энтропиялық бірлік дейді. Жүйенің күйін сипаттайтын функцияларды стандартты жағдайда (p=101,3кПа, Т=298К) өлшесе, формула былай жазылады: ∆G0 = ∆H0 +T∆S0 (8) Реакцияның жүруі жағдайына энтальпиялық және энтропиялық фактор әсер етеді, ол төмендегі кестеде көрсетілген: Кесте 5 - Реакциялардың жүру бағытын анықтау.
Химиялық реакцияның жылдамдығы көлем өзгермеген жағдайда ракцияға қатысатын не одан шыққан өнімнің бірінің концентрациясының белгілі бір уақыт бірлігінде өзгеруімен өлшенеді. Реакциялар гомогенді және гетерогенді болуы мүмкін. Егер реакция біртекті фазада жүрсе, оларды гомогенді, ал әр түрлі ортада жүрсе гетерогенді реакциялар деп атайды. Олардың реакция жылдамдығы келесі формулалармен анықталады. Химиялық реакцияның жылдамдығы деп уақыт бірлігінде жүйедегі зат концентрациясының өзгерісін айтады. Реакцияның жылдамдығына әсер ететін факторлар. 1.Концентрацияның әсері. Химиялық реакция тездеу үшін, әрекеттесуші заттардың молекулалары жиі кездесіп, түйісуі керек. Ол үшін әрекеттесуші молекулалар санын немесе концентрацияларын көбейту қажет. Норвегия ғалымдары Гульдберг және Вааге химиялық реакциялардың жылдамдығына заттар концентрацияларының әсерін зерттей отырып, әрекеттесуші массалар заңын ашты: «Химиялық реакцияның жылдамдығы әрекеттесуші заттар концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал». 2.Температураның әсері. Атом – молекулалық ілім тұрғысынан температура артқан сайын молекулардың қозғалыс жылдамдығы артып, олардың бір-бірімен соқтығысу дәрежесі артады, соның нәтижесінде заттардың жылдамдығы артады. Химиялық реакция жылдамдығына температураның әсері Вант-Гофф ережесімен анықталады. 3.Катализатордың әсері. Катализтор деп реакция нәтижесінде жұмсалмайтын, бірақ реакция жылдамдығына әсер ететін затты айтады. Катализаторға төмендегі қасиеттер тән: Реакцияға түсетін заттардың көп мөлшерлерін реакциядан түзілетін заттарға айналдыру үшін, катализатордың азғантай мөлшері керек. Катализаторлар белгілі бір реакцияның немесе белгілі бір реакция топтарының ғана жылдамдықтарын өзгерте алады. Катализаторлар жаңа реакция тудыра алмайды. Олар катализаторлардың қатынасынсыз, өз бетімен жүре алатын реакциялырдаң жылдамдығын ғана өзгертеді. Қайтымды реакцияларды катализатор тура және кері жүретін реакциялардың жылдамдықтарын бірдей өзгертіп, тепе-теңдік жағдайға жетуге көмектеседі . туралы жалпы мағлұмат берілгеннен кейін келесі кесте бойынша оқушыларды білімдерін бір жүйеге келтіру көзделді. К есте 6 - Химиялық реакцияның жылдамдығына әсер ететін факторлар. Әрекеттесуші заттардың табиғатына және реакциялардың жүру жағдайларына қарай оның элементар актісіне әртүрлі бөлшектер: молекулалар, иондар, бос радикалдар, активті кешенді қосылыстар т.т. қатысуы мүмкін. Реакцияның жүру жағдайын термодинамикалық функиялар көмегімен анықтау жолдары келесі кестеде көрсетілген. К есте 7 - Реакцияның жүру жағдайын термодинамикалық функиялар көмегімен анықтау жолдары. Химиялық тепе-теңдік. Химиялық реакциялар қайтымды және қайтымсыз болып бөлінеді. Қайтымды реакциялар екі бағытта жүрсе, қайтымсыз реакия тек бір бағытта жүреді. 1 аА + bB ↔ dD 2 Егер осы екі реакцияның жүру жылдамдықтары теңессе, осындай күйді химиялық тепе-теңдік деп атайды, бұл жағдайда , Vтура = Vкері Vтура = KTCaACbB , Vкері = KkCdD , KTCaACbB = KkCdD , KT / Kk = Kтепе-теңдік , Kтепе-теңдік = CdD /CaACbB Химиялық реакцияның тепе-теңдігіне әсер ететін факторларды Ле-Шателье принципіне сүйене отырып келесі кесте бойынша түсіндірілді. Кесте 9 - Ле – Шателье принципі бойынша химиялық реакцияның тепе-теңдігіне әсер етеуші факторлар.
«Электролиттік диссоциация теориясы» бойынша шығарылатын типтік есептер мен жаттығуларды орындау әдістемесі Электролиттер – қышқылдар, негіздер және тұздар суда ерігенде иондарға ыдырайтын заттар. Бұл құрылыс электролиттік диссоциация деп аталады. Диссоциацияланған молекулалар санының жалпы молекулалар санына қатынасын диссоциациялану дәрежесі деп атайды. Диссоциациялану дәрежесін бірілік үлеспен немесе процентпен сипаттайды. Диссоциациялану дәрежесіне байланысты электролиттер күшті, орта және әлсіз болып бөлінеді. Күшті электролиттердің диссоциациялану дәрежесі 30%-тен жоғары, орта электролиттердікі 2%-тен 30%-ке дейін, әлсіз электролиттердікі - 2%-тен төмен (0,1 ерітінділерінде) болады. Ерітіндіні сұйылтқан сайын оның диссоциациялану дәрежесі өседі. Сондықтан электролиттердің күштерін салыстырғанда бірдей нормальды ерітінділер алу керек. Электролиттердің салыстырмалы күштерін олардың ерітінділерінің электрөткізгіштігімен, сонымен қатар кейбір реакциялардағы химиялық активтігімен анықтауға болады. Диссоциациялану процесін ерітіндінің концентрациясына тәуелсіз диссоциациялану константасы арқылы сипаттаған ыңғайлы. Электролиттік диссоциация тек қана нейтрал молекулаға ғана емес, иондарға да тән. Мысалы: Н2S H+ + HS- HS- H+ + S2- Көпнегізді қышқылдар, негіздер бірнеше сатыда диссоциациялынады. Мысалы: H3PO4 H+ + (H2PO4)- (H2PO4)- H+ + (HPO4)2- (HPO4)2- H+ + PO43- Бұндай диссоциация – сатылы диссоциация деп аталады. Көптеген суда аз еритін гидроксидтер сілтілік ортада қышқыл секілді, қышқылдық ортада негіз секілді әрекеттеседі. Олардың молекулалары негіздік және қышқылдық тип бойынша әрекеттеседі. Мысалы: Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6] Al(OH)3+ 3OH- = [Al(OH)6]3- Al(OH)3+ 3HCl = AlCl3 + 3H2O Al(OH)3+ 3H+ = Al3+ + 3H2O Бренстед теориясына сай қышқылдар мен негіздер протон беріп немесе қосып алуға бейім заттар – протолиттер тобына беріктірілген. Бұл көзқарас бойынша қышқылдар протондардың доноры, ал негіздер – протондардың акцепторы болады. Сондықтан қышқылдар мен негіздер өзара байланысқан және оны жалпы формуламен былай жазуға болады: қышқыл протон + негіз. Мұндай жүйелер ілеспелі деп аталады, мысалы: HF + H2O H3O+ + F- қшқыл негіз қышқыл негіз донор акцептор NH3 + H2O NH4+ + OH- Негіз қышқыл қышқыл негіз акцептор донор Қаныққан ерітінділердегі тепе-теңдік жағдайын келесі схемамен көрсетуге болады: [Zn(H2O)4]2+ [Zn(OH)2(HOH)2] [Zn(OH)4]2- Қышқылдық ортада тепе-теңдік солға, ал негіздік ортада оңға ығысады. Қышқылдың, негіздің және ымфотерлі қосылыстардың қасиеттерін салыстыра келе, әртүрлі элементтердің гидроксидтері мына үш типтің біреуі бойынша диссоциацияланады: а) диссоциацияның негіздік типі; б) диссоциацияның қышқылдық типі; в) амфотерлі гидроксидтердің диссоциациясы. Н+ және ОН- иондарының концентрациялары бірдей ерітінділер бейтарап ерітінділер болады. Егер Н+ концентрациясы көп болса, онда қышқылдық ерітінді, ал ОН- концентрациясы көп болса, онда сілтілік ерітінді деп аталады. Қышқылдық және сілтілік орталарды, Н+ және ОН- иондарының концентрацияларына байланысты түсін өзгерте жүретін, реактивтердің көмегімен анықтауға болады. Мұндай реактивтер индикаторлар деп аталады. Индикатор ретінде лакмус, метилоранж, фенолфталеин және т.б. қолданылады. .Мысал-1: Массасы 18,2 мыс пластинкасын темір (ІІІ) хлоридінің 230 г ерітіндісіне [w(FeCl3)=0,1] батырған. Біраз уақыттан кейін пластинканы шығарып алғанда, ерітіндідегі темір (ІІІ) хлоридінің массалық үлесі түзілген мыс (ІІ) хлоридінің массалық үлесіне тең болған. Пластинканың ерітіндіден шығарып алғаннан кейінгі массасы қандай? Шешуі: жүктеу/скачать 4,92 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|