Контрольные задачи. 1. Период полураспада трития составляет около 12 лет

1. Период полураспада трития составляет около 12 лет. Через сколько лет распадается 90 % трития, содержащегося в воздухе? Пополнение содержания трития в воздухе за счет реакции синтеза не учитывать.

Ответ: t» 40 лет.

2. Период полураспада радиоактивного изотопа ¹⁴С равен 5730 лет. При археологических раскопках было найдено деревянное изделие, содержание ¹⁴С в котором составляет 72 % от нормального. Каков возраст изделия?

Ответ: t» 2715 лет.

3. Период полураспада радиоактивного изотопа ⁹⁰Sr, который попадает в атмосферу при ядерных испытаниях, равен 28,1 лет. Предположим, что организм новорождённого ребенка поглотил 1,00 мг этого изотопа. Сколько стронция остается останется в организме через: а) 18 лет, б) 70 лет, если считать, что он не выводится из организма?

Ответ: а) 0,641 мг; б) 0,177 мг.

4. Константа скорости для реакции первого порядка SO₂Cl₂ ® SO₂ + Cl₂ равна 2,2 × 10^-5 с^-1 при температуре 320 °С. Какой процент¯ SO₂Cl₂ разложится при выдерживании его в течение 2 ч при данной температуре?

Ответ: 14,7 %.

5. Разложение N₂O₅ является реакцией первого порядка, константа скорости которой равна 0,002 мин^-1 при температуре 300 °С. Определите, сколько процентов­ N₂O₅ разложится за 2 ч.

Ответ: 78,7 %.

6. В некоторой макромолекулярной реакции половина вещества распадается за 1000 с. Сколько времени необходимо для разложения 90 % первоначального количества вещества?

Ответ: t = 3323 с.

7. Во сколько раз больше потребуется времени, чтобы в мономолекулярной реакции прореагировало 99,9 % исходного вещества, по сравнению с тем временем, которое необходимо для реагирования 50 % исходного вещества?

Ответ: = 9,97.

8. Константа скорости реакции первого порядка 2N₂O₅(г) ® 4NO₂ (г) + О₂ (г) при 25 °С равна 3,38 × 10^-5 с^-1. Чему равен период полураспада N₂O₅? Чему будет равно давление в системе через: а) 10 с; б) 10 мин, если начальное давление Р ₀ = 500 Торр?

Ответ: t_1/2» 5,7 ч; Р _{10 с} = 500,3 Торр; Р _{10 мин} = 515 Торр.

9. Раствор сахара концентрацией 0,3 моль/л в течение 30 мин инвертируется на 33 %. Через сколько времени инвертируется 80 и 90 % сахара?

Ответ: t_{80 %} = 120,6 мин; t_{90 %} = 172,5 мин.

10. 20 %-й раствор тростникового сахара инвертируется в 0,5 н растворе молочной кислоты при Т = 298 К. Раствор сахара вращает плоскость поляризации вправо, а смесь продуктов инверсии – влево. Угол вращения в обоих случаях пропорционален концентрации растворенных веществ, реакция протекает по уравнению первого порядка. Вычислите среднюю константу скорости и период полураспада. Определите, сколько времени потребуется, чтобы инверсии подверглось 90 % сахара. Зависимость угла вращения от времени приведена в таблице:

t, мин		1 435	11 360	¥
a, °	+34,50	+31,10	+13,98	-10,77

Ответ: = 5,39 × 10^-5 мин^-1; t_1/2 = 1,29 × 10⁴ мин; t_90% = 4,27 × 10⁴ мин.

11. Кинетика реакции первого порядка, в которой происходит образование кислоты, изучалась путем отбора проб реакционной смеси и их титрования одним и тем же раствором щелочи. Объемы щелочи, пошедшие на титрование, указаны в таблице:

t, мин		2,7		¥
V щ, мл		18,1	26,0	29,7

Докажите, что реакция имеет первый порядок, рассчитайте период полураспада.

Ответ: t_1/2 = 19,9 мин.

12. Установлено, что реакция второго порядка (1 реагент) завершается на 75 % за 92 мин при исходной концентрации реагента С ₀ = 0,24 моль/л. Какое время потребуется, чтобы при тех же условиях концентрация реагента достигла 0,16 моль/л?

Ответ: t = 15,3 мин.

13. Константа скорости рекомбинации ионов Н⁺ и ФГ^- (фенилглиоксинат) в молекулу НФГ при 298 К равна 10^11,59 л/(моль×с). Рассчитайте время, в течение которого реакция прошла на 99,999 %, если исходные концентрации обоих ионов равны 0,001 моль/л.

Ответ: t = 2,57 × 10^-3 с.

14. Скорость окисления бутанола-1 хлорноватистой кислотой не зависит от концентрации спирта и пропорциональна С (HClO)². За какое время реакция окисления при Т = 298 К пройдёт на 90 %, если исходный раствор содержал 0,1 моль/л HClO и 1 моль/л спирта. Константа скорости реакции k = 24 л/(моль×мин).

Ответ: t = 3,75 мин.

15. При омылении гидроксидом натрия в течение 10 мин омыляется 20 % метилацетата СН₃СООСН₃, если начальные концентрации обоих растворов составляют С ₀ = 0,01 моль/л. Какова будет концентрация метилового спирта через 30 мин после начала реакции?

Ответ: С (СН₃ОН) = 0,0043 моль/л.

16. Реакция второго порядка СН₃СН₂NO₂ + OH^- ® H₂O + имеет константу скорости k = 39,1 л/(моль×мин) при температуре 0 °С. Был приготовлен раствор, содержащий 0,004 моль/л нитроэтана и 0,005 моль/л NaOH. Через сколько времени прореагирует 90 % нитроэтана?

Ответ: t = 26,3 мин.

17. При определенной температуре раствор этилацетата концентрацией 0,01 моль/л омыляется раствором NaOH концентрацией 0,002 моль/л на 10 % за 23 мин. Через сколько минут он будет омылен до такой же степени раствором КОН концентрацией 0,005 моль/л? Данная реакция имеет второй порядок, а щёлочи диссоциированы полностью.

Ответ: t = 6,15 мин.

18. Реакция второго порядка А + В ® Продукты проводится в растворе с начальными концентрациями С _{0, А} = 0,05 моль/л и С _{0, В} = 0,08 моль/л. Через час концентрация вещества А уменьшилась до 0,02 моль/л Рассчитайте константу скорости и периоды полураспада обоих веществ.

Ответ: k = 0,248 л/(моль×мин); t_{1/2, А} = 42,8 мин; t_{1/2, В} = 123 мин.

19. Константа скорости бимолекулярной реакции образования муравьиной кислоты действием пероксида водорода Н₂О₂ на формальдегид НСОН равна 0,754 л/(моль×ч). Сколько граммов муравьиной кислоты образуется через час, если смешать 1 л раствора НСООН концентрацией
1 моль×л с 3 л раствора Н₂О₂ концентрацией 1 моль×л.

Ответ: m = 18,4 г.

20. Вещество А смешали с веществами В и С в равных концентрациях 1 моль×л. Через 1000 с осталось 50 % вещества А. Сколько вещества А (в процентах от первоначального) останется через 2000 с, если реакция имеет: а) нулевой порядок; б) первый порядок; в) второй порядок; г) третий порядок?

Ответ: а) 0 %; б) 25 %; в) 33,3 %; г) 37,8 %.

21. Реакция омыления метилацетата при Т = 298 К описывается уравнением

СН₃СООСН₃ + NaOH ® CH₃COONa + CH₃OH

Для этой реакции получены следующие кинетические данные:

t, мин
С(NaOH), моль/л	10,00	7,40	6,34	5,50	4,64	3,63	2,54

Исходные концентрации эфира и щелочи равны. Определите порядок реакции методом подстановки и среднюю константу скорости реакции.

Ответ: р = 2; = 11,65 л/(моль×мин).

22. В некоторой реакции при изменении начальной концентрации от 0,502 до 1,007 моль×л период полураспада уменьшился с 51 до 26 с. Определите порядок реакции и среднюю константу скорости.

Ответ: р = 2; = 0,0385 л/(моль×с).

23. В некоторой реакции целого порядка nА ® Продукты концент-рация исходного вещества 1 моль/л была достигнута за 5,00 мин при С ₀ = 3 моль/л и за 6,25 мин при С ₀ = 6 моль×л. Определите порядок реакции, рассчитайте среднюю константу скорости реакции.

Ответ: р = 2; = 0,133 л/(моль×мин).

24. Реакция имеет целочисленный порядок. Отношение периодов превращения на кратную часть равно: = 2. Определите порядок реакции.

Ответ: р = 2.

Рекомендуемая литература

1. Киреев, В.А. Краткий курс физической химии / В.А. Киреев. – М.: Химия, 1978. – С. 456-465.

2. Киселёва, Е.В. Сборник примеров и задач по физической химии
/ Е.В. Киселёва, Г.С. Каретников, И.В. Кудряшов. – М.: Высш. шк., 1983. – С. 328-348.

3. Физическая химия: в 2 кн. Кн. 2. Электрохимия. Химическая кинетика и катализ / К.С. Краснов [и др.]; под ред. К.С. Краснова. - М.: Высш. шк., 1995. – С. 93-113.

Использованная литература

1. Болдырев, А.И. Демонстрационные опыты по физической и коллоидной химии: учеб. пособие для вузов / А.И. Болдырев. – М.: Высш. шк., 1976. – 255 с.

2. Даниэльс, Ф. Физическая химия / Ф. Даниэльс, Р. Олберти. – М.: Мир, 1978. – 648 с.

3. Ерёмин, В.В. Задачи по физической химии: метод. разработка для студентов химических и биологических факультетов ун-тов / В.В. Ерёмин, С.И. Каргов, Н.Е. Кузьменко. - В 2 ч. Ч.2. Химическая кинетика. Электрохимия. – М.: МГУ, кафедра физической химии, 1999.

4. Киреев, В.А. Краткий курс физической химии / В.А. Киреев. – М.: Химия, 1978. – 624 с.

5. Киселёва, Е.В. Сборник примеров и задач по физической химии
/ Е.В. Киселёва, Г.С. Каретников, И.В. Кудряшов. – М.: Высш. шк., 1983. – 456 с.

6. Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

7. Практикум по физической химии / под ред. В.В. Буданова и
Н.К. Воробьёва. – М.: Химия, 1986. – 351 с.

8. Стромберг, А.Г. Физическая химия: учебник для хим. спец. вузов
/ А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко; под ред. А.Г. Стромберга. – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2001. – 527 с.: ил.

9. Физическая и коллоидная химия: метод. указания и контрольные задания (с программой) для студентов-заочников спец. технологии прод. продуктов вузов / под ред. И.Н. Путиловой и А.А. Балакирева. – 3-е изд., перераб., доп. – М.: Высш. шк., 1987. – 80 с.

10. Физическая химия: в 2 кн. Кн. 2. Электрохимия. Химическая кинетика и катализ / К.С. Краснов [и др.]; под ред. К.С. Краснова. - М.: Высш. шк., 1995. – 319 с.: ил.

11. Фотометр фотоэлектрический КФК-3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

12. Чанг, Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам / Р. Чанг; пер. с англ. М.Г. Гольдфельда; под ред. Ю.Ш. Мошковского. – М.: Мир, 1980. – 664 с.

13. Эткинс, П. Физическая химия: в 2 т. / П. Эткинс; пер. с англ. К.П. Бутина.– М.: Мир, 1980. – 584 с. - Т. 2.

14. Noggle, J.H. Physical Chemistry / J.H. Noggle. – New York: Harper Collins College Publishers, 1996. – 1108 p.

t, °С	Т1,с
	1,59
	1,88
	2,20
	2,55
	2,95
	3,37
	3,82
	4,30
	4,76
	5,27
	5,77
	6,78
	7,19
	7,36
	7,91
	8,49
	9,10
	9,70
	10,30
	10,95
	11,55

DЕ, Дж/моль	s=q/4pR2 , 102	Ион
-1632	0.3318	Br-
-1506	0,7207	K+
-1297	0,4682	Cs+
-1004	0,2634	I+
-879	0,3891	Cl-
+586	1,3274	Na+
+1172	2,3573	Ca+2
+2343	2,7568	Li+
+3347	18,6279	Mg+2

Рис.3.Зависимость времени спин-решеточной релаксации воды от температуры

Литература

1. Анджелл, К.А. Переохлажденная вода / К.А. Анджелл // Вода и водные растворы при температурах ниже 0 °С / под ред. Ф. Франкса. – Киев, 1985. – С. 13-72.

2. Зацепина, Г.Н. Свойства и структура воды / Г.Н. Зацепина. – М.: Изд-во МГУ, 1974. – 167 с.

3. Киттель, Ч. Введение в физику твердого тела / Ч. Киттель. – М.: Наука, 1978. – 791 с.

4. Мельниченко, Н.А. Влияние основных компонентов морской воды на ее структурные особенности / Н.А. Мельниченко // Океанология. - 1975. – T. 15. – № 5. – C. 839-842.

5. Самойлов, О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов / О.Я. Самойлов // Состояние и роль воды в биологических объектах. – 1967. - С. 31–39.

6. Справочник химика: общие сведения. Строение вещества. Свойства важнейших веществ. Лабораторная техника / 3-е изд., испр. – Л.: Химия, Ленингр. отд-е. - 1971. – Т. 1. - 1071 с.

7. Товбин, Ю.К. / Ю.К. Товбин, Ю.А. Дьяков, Н.Ф. Васюткин
// Журнал физическая химия. - 1993. – Т. 67. – № 10. – С. 212.

8. Хорн, Р. Морская химия / Р. Хорн. – М.: Мир, 1972. – 339с.

9. Эткинс, П. Физическая химия: в 2 т. / П. Эткинс; пер. с англ. К.П. Бутина. – М.: Мир, 1980. –Т. 1. - 580 с.

10. Atkins, P.W. Physical Chemistry / P.W. Atkins. – Fourth Edition. – Oxford University, 1990. – 995 p.

12. Matsuoka, O. CI study of the water dimmer potential surface /
O. Matsuoka, E. Clementi, M. Yoshimine // J. Chem. Phys. - 1976. – Vol. 64. – № 4. – P. 1351–1361.