ПӘннің ОҚу жұмыс бағдарламасы (оқу-әдістемелік материалдар)

N₂ + 3H₂ « 2NH₃ тепе-теңдіктің сол жағында 4 молекула, оң жағында 2 молекула, сонда сыртқы қысым арттқанда тепе-теңдік оң жаққа , аммиак түзілетін жаққа ығысады.

Тепе-теңдіктің екі жағындағы молекулалар саны бірдей болса, N₂ + O₂ « 2NO, онда қысымды өзгерту тепе-теңдікке әсер етпейді.

Концентрацияның әсері. Реакцияға түсетін заттардың концентрацияларын арттырса, тепе-теңдік сол концентрациялардың азаятын жағына, яғни реакция өнімі түзілетін жаққа ығысады (тура реакция жүреді). Керісінше, азайтса, реакция нәтижесінде түзілген өнімнің айрылуы жүреді, кері реакция жүреді.

Реакция нәтижесінде түзілген заттар айрылмас үшін оларды (не біреуін)реакциядан шығарса, тепе-теңдік сол шығарылған заттың орнын толтыратын жаққа қарай ығысады, яғни реакция аяғына дейін жүреді. Мысал 1: 2СО₂ « 2СО + О₂ реакциясы үшін 2000°С температурада тепе-теңдіктегі қоспадағы заттардың көлемдік үлестері, % : 85,2 СО₂ ; 9,9 СО және 4,9 О₂ болса, жүйенің жалпы қысымы 1,013×10⁵ Па болса, а. реакцияласатын заттардың парциалды қысымдары арқылы көрсетілген (К_р); б. молярлы концентрациялары арқылы көрсетілген ( К_с) тепе-теңдік константалары нешеге тең? Шешуі: газдың парциалды қысымы жалпы қысымды қоспадағы газдың көлемдік үлесіне көбейткенге тең:

а) р(СО₂) = 1,013×10⁵ ×0,852 = 0,863×10⁵ Па;

б) р(СО) = 1,013×10⁵ ×0,099 = 0,1×10⁵ Па; в) р(О₂) = 1,013×10⁵ ×0,049 = 0,050×10⁵ Па;

К_р = р (СО)² ×р(О₂) /р(СО₂)² = 67,1Па; К_с = К_р / RT = 67,1/ 8,31×2273 = 3,6×10^-3 моль/л. К_р мен К_с арасындағы байланыс идеал газдар үшін Менделеев – Клапейрон теңдеуі арқылы көрсетіледі:

К_р = К_с (RT)^Dn мұндағы Dn – реакция нәтижесінде түзілген газ тәріздес заттардың моль саны мен реакцияға түскен газ тәріздес заттардың моль сандарының айырымы, осы реакция үшін олDn = 3 – 2 = 1 болады. Мысал 2: Газ тәріздес мына заттар А + 2В = C әрекеттескенде , тепе-теңдік ол заттардың концентрациялары сәйкесінше мына сандарға тең болғанда 0,06 моль/л, 0,12 моль/л, 0,216 моль/л орнаған болса, реакцияның тепе-теңдік константасын және А мен В заттарының алғашқы концентрацияларын табу керек. Шешуі: К = [ С]/[А]×[В]²; К = 0,216/0,06×(0,12)² = 2,5. 1 моль А және 2 моль В заттарынан 1 моль С заты түзіледі. Есеп шарты бойынша жүйенің әр литрінде 0,216 моль С заты түзіледі, сонда 0,216 моль А және

0,216×2 = 0,432 моль В заты түзіледі. Олай болса, алғашқы концентрациялар

[А]₀ = 0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л; [В]₀ = 0,12 + 0,432 = 0,552 моль/л.

4. ТЕПЕ-ТЕҢДІК КҮЙДЕ ТҰРҒАН ЖҮЙЕНІҢ СЫРТҚЫ ЖАҒДАЙЛАРЫНЫҢ БІРІ ӨЗГЕРСЕ ТЕПЕ-ТЕҢДІК СОЛ ӨЗГЕРІСКЕ ҚАРСЫ ӘСЕР ЕТЕТІН ПРОЦЕСТІҢ БАҒЫТЫНА ҚАРАЙ ЫҒЫСАДЫ.

N₂(г) + 3H₂(г) ↔ 2NH₃ (г) + Q

Тура реакция жылу бөліп шығара жүретін (экзотермиялық), ал кері реакция жылу сіңіре жүретін (эндотермиялық) екені көрсетілген. Сондықтан температураны жоғарылатса, Ле-Шателье принципі бойынша, химиялық тепе-теңдік бұл өзгеріске қарсы әсер ететін бағытта, яғни температураны төмендететін эндотермиялық реакцияның бағытына қарай ығысады. Егер жүйенің температурасын төмендетсе, онда химиялық тепе-теңдік оны төмендететін, яғни жылу шығара жүретін NH₃-тің түзілу бағытына қарай ығысады.

Ле-Шателье принципі бойынша, жүйенің қысымын жоғарылатса, химиялық тепе-теңдік осы қысымды азайтатын, яғни газдардың көлемдері немесе моль сандары аз заттар түзілетін реакцияның бағытына қарай ығысады, яғни NH₃ түзілу бағытына қарай ығысады.

Ле-Шателье принципі бойынша бір заттың концентрациясының кебеюі химиялық тепе-теңдікті сол заттың концентрациясын азайтатын реакцияның бағытына қарай ығысады.

Ле-Шателье принципіне сәйкес аммиакты алу реакцияны тура бағытта, яғни қайтымсыз етіп жүргізу үшін, оны жоғары қысымда, төмен температурада және N₂ мен H₂ жеткілікті мөлшерде, ал NH₃-ті бөліп алу арқылы азайта отырып, жүргізу керек.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды :

Гомогенді, гетерогенді жүйелер деген ұғымдарды, реакцияның жылдамдығы, оған әсер ететін факторлар, әсер етуші массалар заңын, химиялқ тепе-теңдік, Ле Шателье принципі туралы ұғымдарды білу керек.
Өзін - өзі тексеру сұрақтары:

1.Қандай реакцияларды гомогенді, гетерогенді деп атайды?

2.Химиялық реакциялардың жылдамдығы дегеніміз не?

3.Гомогенді, гетерогенді реакциялардың жылдамдығы қандай факторларға байланысты?

4.Массалар әсерлесу заңын оқыңдар. Жылдамдық қонстантасының мәнін анықтаңдар.

5.Химиялық реакциялардың жылдамдығы температураға байланысты неге және қалай өзгереді?

6.Активтену энергиясы деген не?

7.Химиялық тепе-теңдік дегеніміз не? Тепе-теңдіктің ығысуына қандай факторлар әсер етеді? Мысал келтіріңдер.

8.Ле-Шателье принципінің маңызы.

Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін оқу керек:

1.Омаров Т.Т., Танашева М.Р. Бейорганикалық химия.Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір», 2008. 330--360 беттер.

2.Кулажанов К.С., Сулейменова М.Ш. Неорганическая химия. Учебник для студентов специальностей 5В072700 и 5В072800, обучающихся по кредитной технологии/ Алматы: 2012. 121-138 стр.

3.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия курсы бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 24-34 беттер.
МОДУЛЬ 4. ЕРІТІНДІЛЕР. ЭЛЕКТРОЛИТТЕР ЕРІТІНДІСІ
Дәріс № 5. Ерітінділер

5.1Ерітінділер. Ерітінділер концентрациясы . Заттар ерігіштігі.

5.2 Күшті және әлсіз электролиттер. Сутектік көрсеткіш
5.1 Ерітінділер. Ерітінділер концентрациясы. Заттар ерігіштігі

Ерітінді - екі не одан көп компонентерден (құрамына кіретін заттар) тұратын гомогенді жүйе. Ерітінділер сұйық , қатты, газ тәріздес болады. Ең маңызды ерітінділер –сұйық ерітінділер, олар газ, сұйық, қатты заттардың сұйықтағы ерітіндісі. Адам, жануарлар, өсімдіктер ерітіндісіз өмір сүре алмайды (ас қорыту – көректік заттар ерітіндіге айналады; қан, лимфа – ерітінді). Химиялық процестермен байланысты өндіріс салаларының барлығы ерітіндіні пайдаланады. Ерітінді еріген зат пен еріткіштен тұрады . Еріткіш еріген заттан көп болады. Көбінесе еріткіш ретінде

10^-7 - 10^-5см; шын (нағыз), молекулалық ерітінділер –10^-8 - 10^-7см аралығында болады. Нағыз ерітінділерде таралып жүрген зат жеке молекулаларға не жеке иондарға дейін ұсақталады. Олар өте тұрақты, ұзақ уақыт дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаға ыдырамайды. Біз нағыз сулы ерітінделерді қарастырамыз. Ерітінділердің қасиеттері ерітіндіні құрайтын компоненттердің концентрациясына тәуелді болады.

300 г ерітінді ----------- 100%

50 г кристаллогидрат --- х% х = 16,7%.

50 г кристаллогидраттағы сусыз тұздың массасы 278 г/моль ----- 152 г/моль

50 г ------------- х х = 27,4 г сусыз тұз массасы. 300 г ерітіндідегі сусыз тұздың массалық үлесі сонда : С = 27,4 ×100/300 = 9,1%.

Мысал 2. 8% ( масс.) сусыз тұздың бір литр ерітіндісін дайындау үшін қанша су және мыс(ІІ) купоросын алу қажеттігін есептеу керек , ерітінді тығыздығы 1,084г/л. Шешуі:1 литр ерітіндінің массасы 1,084 × 1000 = 1084г. Осы ерітіндіде 8% сусыз тұздың массасы 1084 × 0,08 = 86,7г. CuSO₄ ×5 H₂ O 86,7г сусыз тұзы бар массасын пропорциядан анықтайды: 249,7 : 159,6 = х : 86,7; Одан, х = 135,6г. Ерітінді дайындау үшін қажет су массасы 1084 – 135,6 = 948,4 г.

Мысал 3. 15% күкірт қышқылының ерітіндісінің (r = 1,10г/мл) моляльді, нормальдылығын , молярлылығын табу керек. Шешеуі: 1000 г суға санағанда келетін күкірт қышқылының моляльдығын анықтау үшін қажет қышқыл массасы 1000 : 85 = х : 15; х = 176,5г. Күкірт қышылының мольдік массасы 98 г/ моль, сонда m = 176,5/98 = 1,80 моль/кг.

Молярлы және нормальды концентрациясын анықтау үшін 1000 мл (яғни 1000 × 1,1 = 1100г) ерітіндідегі қышқыл массасын табады: 1100 : 100 = у : 15; у = 165 г.

Күкірт қышқылының эквивалент массасы 49 г/моль, олай болса, С_н = 165/49 = 3,37моль/л, С_м = 165/98 = 1,68моль/л.

Мысал 4. 42 мл күкірт қышқылын бейтараптау үшін 14 мл 0,3 н. сілті қажет болса, қышқыл ерітіндісінің молярлылығын анықтау керек. Шешуі : заттар өзара эквивалентті мөлшерде әрекеттесетіндіктен , былай жазуға болады:

С_{н ,қ} × V_қ = С_{н ,с}× V_с, мұндағы қышқыл мен сілті концентрациялары мен көлемдері.

Олай болса, С_{н ,қ} × 42 = 14 × 0,3; С_{н ,қ} = 0,1н. Қышқылдың эквиваленті0,5 моль, сонда молярлылығы 0,1 × 0,5 = 0,05 моль/л болады.

16,5г күкірт қышқылы бар 96% -ті ерітінді көлемін табу керек, ол үшін 1 мл ерітінді массаы 1,84г болғандықтан,онда 1,84 × 0,96 = 1,77г H₂SO₄ болады. Олай болса, H₂SO₄ ерітіндісінің табу керек көлемі 16,5/1,77 = 9,32мл.

Сонымен, 100 мл 15% -ті H₂SO₄ ерітіндісін дайындау 9,32мл 96 % -ті ерітінді және

110 – 16,5 = 93,5г су алады.

Ерітіндідегі НСІ – дың жалпы мөлшері 1,5 моль болатындықтан, былай жазамыз:

6х + 2(0,5 - х) = 1,5; х = 0,125 л.

Олай болса, қажет ерітіндіні дайындау үшін 125мл 6М және 375мл 2М НСІ ерітінділерін алып, араластырады.

Газдардың ерігіштігін абсорбция коэффициентімен сипатталады, ол - еріткіштің бір көлемінде қанық ерітінді түзілгенге дейін еритін газдың көлемі көрсетеді. Генри заңы бойынша тұрақты температурада сұйықтың берілген көлемінде еріген газ массасы сол газдың парциал қысымына тура пропорционал. Оның математикалық өрнегі: с = k×P, мұндағы с – газдың ерігіштігі, моль/л; Р – газдың парциал қысымы, атм; k – пропорционалдық коэффициент, не Генри коэффициенті, моль/л×атм. Генри заңынан газдың еритін көлемі (яғни абсорбция коэффициенті) сол (берілген) температурада газдың парциал қысымына тәуелді емес екендігін көруге болады.

Газдар қоспасының еруі Дальтон заңына бағынады: қоспадағы әр газдың ерігіштігі оның парциал қысымына тура пропорционал.

Қатты заттардың суда еруі көбінесе эндотермиялық процесс, себебі көп жағдайда гидратация кезінде кристалдық торларды бұзуға жұмсалатын энергиядан аз энергия бөлінеді. Осы екі шаманың қатынасы ерудің жалпы жылу эффектісін ( ± Q) анықтайды. Егер Q мәні оң болса, қатты заттардың ерігіштігі температураны көтергенде, азаяды, теріс болғанда - артады. Ерігіштіктің температураға тәуелділігін график түрінде бейнелесе – ерігіштік қисығы тұрғызылады, одан заттарды қайта кристалдап тазалағанда алынған заттың шығымын не жоғалтылған мөлшерін анықтайды.

Тазаланған тұз массасы ( шығымы) 500 – 102 = 398 г болады, ол тазалауға алынған селитра массасының 398 × 100/500 = 79,6% құрайды.

0°С температурада еру әсерінен тұздың жоғалған шамасы 102× 100/500= 20,4% .

Мысал 2. 1л суда 20°С температурада және 1,013×10⁵ Па қысымда H₂S газының 2,91л көлемі ерісе, сонда оның қанық ерітіндідегі массалық үлесі нешеге тең? Шешуі: қ.ж. күкіртті сутектің көлнмі 2,91×273/293 = 2,71л, ал осы көлемдегі массасы 34×2,71/22,4 = 4,11г.

Алынған ерітіндінің массасы: m(H₂O) + m(H₂S) = 1000 + 4,11 = 1004,11г, сонда H₂S осы ерітіндідегі массалық үлесі 4,11×100/1004,11 =0,4%.

47,6 г суға ------- 52,4 гKNO₃ келеді

100 г суда ------- х, сонда х= 110г. Сонымен тұздың 60°С температурада 100г судағы ерігіштігі 110г болады.

Мысал 4. 15% -ті 300 г ерітіндіні суытқанда еріген заттың бір бөлігі тұнбаға түскен соң, ерітінді концентрациясы 8% болған. Заттың тұнбаға түскен массасын анықтау керек. Шешуі: 300 г 15% -ті ерітіндіде 45 г еріген зат және 255г еріткіш бар. Ерітіндіні суытқанда еріткіш мөлшері өзгермейді. 255 г еріткіштегі еріген затты пропорция құрып анықтайды:

92 г еріткіште -------- 8 г еріген зат бар

255 г еріткіште -------- х,г х = 22,2 г. Сонымен, ерітіндіні суытқанда

45 – 22,2 = 22,8 г еріген зат тұнбаға түскен

Диссоциациялану дәрежесі - иондарға ыдыраған молекулалар санының (N_g) жалпы ерітілген молекулалар санына (N_ε) қатынасы α=N_g/N_ε немесе α=N_g/N_ε∙100%. Диссоциациялану дәрежесінің сан мәніне қарай электролиттер шартты түрде күшті (α>30%) әлсіз (α<3%) және орташа (α>3-30%) болып үш топқа бөлінеді.

К= [К⁺][ А^-]/[КА]

К- диссоциациялану константасы деп аталатын химиялық тепе-теңдік константасы. Электролиттік диссоциация константасының (К) мәні неғұрлым көп болса, электролит молекулалары соғұрлым иондарға көп ыдырайды. Диссоциациялану константасы электролит күшін диссоциация дәрежесінен көбірек сипаттайды.

Диссоциациялану константасы мен дәрежесінің арасында тығыз байланыс бар. КА электролит бір катионға, бір анионға ыдырайтындықтан бұл иондардың концентрациясы өзара тең болады. [К⁺]=[ А^-]=С_М∙α

С_М- ерітіндісінің молярлық концентрациясы;α - диссоциациялану дәрежесі;Иондарға ыдырамаған молекулардың концентрациясын [КА] былай көрсетеді:

[КА] = С_м – С_м∙α = С_м(1-α)

К= (С_м∙α∙С_м∙α)/С_м(1-α)= (С_м∙α²)/(1-α)

Әлсіз электролиттердің диссоциациялану дәрежесі өте аз болғандықтан 1-α=1 болады. Сондықтан диссоциациялану константасы мынандай болады:

К= С_м∙α² немесе α= √К/С_М

Бұл теңдеу электролит ерітіндісінің концентрациясының азаюына, яғни сұйылуына байланысты оның диссоциациялану дәрежесінің артатынын көрсетеді (Оствальдтың сұйылту заңы).

Электролиттер ерітіндіде иондарға ыдырайтындықтан, электролиттер арасындағы реакция иондар арасындағы реакция болады.

3.Сутектік көрсеткіш: Химиялық таза су электр тогын өте нашар өткізеді. Судың иондарға диссоциациялануы: Н₂О ↔Н⁺ + ОН^-. Массалар әсерлесу заңын қайтымды процеске қолдануға болады:К= [Н⁺]∙[ОН^-]/[Н₂О] (1). Мұндағы: К- судың диссоциация тұрақтысы. Оның 22⁰С- дағы мәні 1,8∙10^-16 тең, яғни К=1,8∙10^-16.

«К» шамасы өте аз болғандықтан Н⁺ және ОН^- концентрациялары да өте аз, сондықтан су концентрациясын Н₂О тұрақты шама деп есептеуге болады, ол 1л массасын судың молярлық массасына бөлгенге тең:[Н₂О]= 1000:18 = 55,56 моль.

Енді жоғарыдағы теңдеуді (1) былай да жазуға болады:

[Н⁺]∙[ОН^-]= К[Н₂О]= К_с= 1,8∙10^-16∙55,56= 1∙10^-14 (22⁰С). К_с- судың иондық көбейтіндісі деп аталатын тұрақты шама. К_с= [Н⁺]∙[ОН^-]=10^-14. К_с мәні тұрақты температурада ғана тұрақты болады. Кез келген ерітіндіде сутегі мен гидроксид иондарының әрқайсысының концентрациясы нольге тең болмайды. Кез келген ерітіндіде әрі сутегі ионы Н⁺, әрі гидроксид ионы ОН^- болады. Таза суда [Н⁺]= [ОН^-]= √К_с= √10^-14= 10^-7,бұдан 22⁰С да 1л суда 10^-7 моль сутегі иондары,

10^-7 моль гидроксид иондары болғандығын көреміз. Егер [Н⁺]≠[ОН^-] онда ерітінді [Н⁺]>[ОН^-] қышқыл, [Н⁺]<[ОН^-] сілтілі болады. Көп жағдайда ерітіндінің қышқылдығын немесе сілтілігін анықтау үшін сутегі иондарының концентрациясы қолданылады. Бұл жағдайда нейтрал орта

[Н⁺]= 10^-7, сілтілік ортада [Н⁺]<10^-7, қышқылдық ортада [Н⁺]>10^-7 болады.

Осындай дәреже көрсеткіші теріс болып келетін сандарды қолданып есептер шығару қолайсыз болғандықтан, сутегі иондарының концентрациясы сутектік көрсеткіш (рН) арқылы белгілеу қабылданған.