Съдържание

НОХ 2013, III кръг (национален), 10–12 клас — Задача 2

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от НОХ 2013

МОМН, ХLV НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА – 2013 година. Национален кръг, 29 – 30 март. Учебно съдържание X – XII клас · 29 март 2013 г. · 30 т.

Условие

Разтворимостта, $S$ , на йод във вода е $1{,}2\times10^{-3}$ mol/L при 20 °C. Тя може да се повиши като към суспензия на йод във вода се прибави калиев йодид. Установява се равновесието:

\mathrm{I_{2(s)} + I^{-}_{(aq)} \rightleftarrows I^{-}_{3(aq)}}\qquad\mathbf{(1)}

В получения разтвор е доказано присъствие на трийодиден йон $\mathrm{I^{-}_{3(aq)}}$ . Равновесната константа на процеса на неговото образуване (стабилитетна константа), $K_{st}$ има стойност $7\times10^{2}$ при 20°C и се дефинира с израза:

K_{st}=\frac{c(\mathrm{I^{-}_{3(aq)}})}{c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})\times c(\mathrm{I_{2(aq)}})}

1. Изразете равновесната константа $K_c$ на процеса (1) и изчислете стойността ѝ при 20 °C.

2. Изчислете равновесните концентрации на всички йодсъдържащи частици в разтвора, който се получава, ако йод се постави в разтвор на калиев йодид с концентрация 0,10 mol/L.

3. Колко е разтворимостта, $S$ *, (в mol/L) на йод в разтвора на калиев йодид от т. 2 при 20°C.

За реакцията на йодидни йони с хипохлоритни йони в алкална среда, протичаща по уравнението

\mathrm{I^{-} + ClO^{-} \rightarrow Cl^{-} + IO^{-}}\qquad\mathbf{(2)}

са получени дадените в таблицата стойности за началната скорост $v_0$ при различни концентрации на йоните $\mathrm{I^-}$ , $\mathrm{ClO^-}$ и $\mathrm{OH^-}$ :

№ на опита	$v_0$ , mol/(L.s)	$c$ (I $^-$ ), mol/L	$c$ (ClO $^-$ ), mol/L	$c$ (OH $^-$ ), mol/L
1	$1{,}75\times10^{-4}$	0,002	0,002	1
2	$8{,}75\times10^{-5}$	0,001	0,002	1
3	$4{,}38\times10^{-5}$	0,001	0,001	1
4	$8{,}75\times10^{-5}$	0,001	0,001	0,5

4. Каква е ролята на хидроксидните йони, $\mathrm{OH^-}$ , в реакция (2)?

5. Напишете в общ вид кинетичното уравнение на реакция (2).

6. Определете частните порядъци на реакция (2) по отношение на $\mathrm{I^-}$ , $\mathrm{ClO^-}$ и $\mathrm{OH^-}$ , и сумарния ѝ порядък.

7. Изчислете скоростната константа за условията на проведения експеримент.

Йод се разтваря добре в органични разтворители. Етанолов разтвор на йод е компонент на течна смес, която се използва за лечение в домашни условия и се приготвя по следния начин: неголямо количество сода за хляб се залива с гореща вода, след което се прибавят няколко капки йодна тинктура.

8. Изразете с химични уравнения взаимодействията, които протичат при приготвянето на лечебната смес.

Отговори

Решение

K_C=\frac{c(\mathrm{I^{-}_{3(aq)}})}{c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})}\qquad \text{ур. }(\mathbf{1})

Равновесието (1) $\quad\mathrm{I_{2(s)} + I^{-}_{(aq)} \rightleftarrows I^{-}_{3(aq)}}$

с равновесна константа $K_C$ е последователност (сума) от два процеса (2) и (3), достигащи до равновесие:

разтваряне на йод във вода (равновесие (2)):

\mathrm{I_{2(s)} \rightleftarrows I_{2(aq)}}\qquad K_2=c(\mathrm{I_{2(aq)}})=S\qquad \text{ур. }(\mathbf{2})

взаимодействие на разтворения йод с йодидните йони от KI (равновесие (3)):

\mathrm{I_{2(aq)} + I^{-}_{(aq)} \rightleftarrows I^{-}_{3(aq)}}\qquad K_3=\frac{c(\mathrm{I^{-}_{3(aq)}})}{c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})\times c(\mathrm{I_{2(aq)}})}=K_{st}\qquad \text{ур. }(\mathbf{3})

От уравнения (1), (2) и (3) следва:

K_C=\frac{c(\mathrm{I^{-}_{3(aq)}})}{c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})}=K_2\times K_{_2}=S\times K_{st}

K_C=1{,}2\times10^{-3}\times7\times10^{2}=\mathbf{0{,}84}

2. От ур. (2): $\quad c(\mathrm{I_{2(aq)}})=S=\mathbf{1{,}2\times10^{-3}}\ \mathrm{mol/L}$

За равновесие (3):

c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})+c(\mathrm{I^{-}_{3(aq)}})=c(\mathrm{KI})

От ур. (1): $\quad c(\mathrm{I^{-}_{3(aq)}})=K_C\times c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})$

c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})+K_C\times c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})=c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})\times(1+K_C)=c(\mathrm{KI})

Следователно: $\quad c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})=\dfrac{c(\mathrm{KI})}{1+K_C}\qquad$ ур. (4)

c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})=\frac{0{,}1}{1+0{,}84}=\mathbf{0{,}054}\ \mathrm{mol/L}

c(\mathrm{I^{-}_{3(aq)}})=K_C\times c(\mathrm{I^{-}_{(aq)}})=0{,}84\times0{,}054=\mathbf{0{,}046}\ \mathrm{mol/L}

3. Разтворимостта на $\mathrm{I_2}$ в KI е сума от равновесните молни концентрации на частиците в разтвора, които съдържат $\mathbf{I_2}$ :

S^{\boldsymbol{*}}=c(\mathrm{I_{2(aq)}})+c(\mathrm{I^{-}_{3(aq)}})=1{,}2\times10^{-3}+0{,}046=4{,}7\times10^{-2}\ \mathrm{mol/L}

4. Хидроксидните йони са хомогенен катализатор в реакция (2).

5. Общ вид на кинетичното уравнение на реакция (2):

v_1=kc^{n}(\mathrm{I^-})c^{m}(\mathrm{ClO^-})c^{p}(\mathrm{OH^-})

6. От кинетичните данни могат да се запишат отношения за стойностите на скоростта на реакцията при изменение на концентрацията на само един от йоните и по този начин да се определят частните порядъци на реакцията:

$v_1/v_2=c^{n}(\mathrm{I^-})_1/c^{n}(\mathrm{I^-})_2$ $\quad 2 = 2^{n}\quad$ частен порядък спрямо $\mathrm{I^-}$ $\quad$ n = 1

$v_2/v_3=c^{m}(\mathrm{ClO^-})_2/c^{m}(\mathrm{ClO^-})_3$ $\quad 2 = 2^{m}\quad$ частен порядък спрямо $\mathrm{ClO^-}$ m = 1

$v_3/v_4=c^{p}(\mathrm{OH^-})_3/c^{p}(\mathrm{OH^-})_4$ $\quad 2^{-1} = 2^{p}\quad$ частен порядък спрямо $\mathrm{OH^-}$ $\quad$ p = –1

Общият порядък на реакцията е сума от частните порядъци:

n + m + p = 1

k=\frac{v\times c(\mathrm{OH^-})}{c(\mathrm{I^-})\times c(\mathrm{ClO^-})}=\mathbf{43{,}8}\ \mathrm{s^{-1}}

8. $\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$

$\mathrm{CO_3^{2-} + H_2O \rightleftarrows HCO_3^{-} + OH^{-}}$

$\mathrm{3I_2 + 6OH^{-} \rightarrow 5I^{-} + IO_3^{-} + 3H_2O}$

$\mathrm{(IO^{-})}$

$\mathrm{6OH^{-} + 4I_2 + C_2H_5OH \rightarrow 5I^{-} + CHI_3 + HCOO^{-} + 5H_2O}$

Оригинал в Архива: Problems.pdf · официални решения: Solutions.pdf