Начала общей и физической химии
Преподаватель: Григорьев Вадим Геннадьевич
Обо мне
Темы урока
• Термохимия. Закон Гесса.
• Кислотно-основные равновесия
• Радиоактивный распад и его кинетика
Термохимия
• Все реакции протекают с выделением ( ∆𝑟 𝐻 < 0 ) или поглощением (∆𝑟 𝐻 > 0)
теплоты
• Энтальпии образования(f – formation) ∆𝑓 𝐻 простых веществ равна нулю.
• Энтальпии образования сложных веществ – справочные данные.
• В наших задачах принимаем, что энтальпия не зависит от температуры (но держим
в голове, что это не так)
• ∆𝐻 = −∆𝑄
Расчет по энтальпиям образования
Посчитать энтальпию реакции – как два пальца... об асфальт: мы
складываем энтальпии продуктов с учетом их коэффициентов и вычитаем
из них сумму энтальпий реагентов с учетом их коэффициентов
𝑥𝐴 + 𝑦𝐵 = 𝑧𝐶 + 𝑤𝐷
∆𝑟 𝐻 = ෍ 𝑣𝑖 ∆𝑓 𝐻 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑠 − ෍ 𝑣𝑗 ∆𝑓 𝐻 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑠
∆𝑟 𝐻 = 𝑧 ∗ ∆𝑓 𝐻 𝐶 + 𝑤 ∗ ∆𝑓 𝐻 𝐷
− 𝑥 ∗ ∆𝑓 𝐻 𝐴 + 𝑦 ∗ ∆𝑓 𝐻 𝐵
Термохимия
А если какое-то вещество простое?
𝑥𝐴 + 𝑦𝐵 = 𝑧𝐶 + 𝑤𝐷
Но есть один нюанс…
2𝐻2 + 𝑂2 = 2𝐻2 𝑂 (∆𝒓 𝑯𝟏 )
∆𝑟 𝐻 = ෍ 𝑣𝑖 ∆𝑓 𝐻 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑠 − ෍ 𝑣𝑗 ∆𝑓 𝐻 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑠
Допустим, что вещества B и С — простые
∆𝒓 𝑯 = 𝒘 ∗ ∆𝒇 𝑯 𝑫 − 𝒙 ∗ ∆𝒇 𝑯 𝑨
И
1
𝐻2 + 𝑂2 = 1𝐻2 𝑂 (∆𝒓 𝑯𝟐 )
2
НЕ ОДНО И ТОЖЕ !!!
А именно: ∆𝐻2 =0.5*∆𝑟 𝐻1
Практика
ШЭ 2021 (11)
Практика
МЭ 2023 (11) Влад. Обл.
Расчет через энергии связей
Энтальпию можно посчитать с помощью такой штуки, как энергия связей.
Сделать это как… три пальца об асфальт.
Главное, запомните две простые вещи:
когда мы связи разрываем (а это с реагентами), то энергия ТРАТИТСЯ (Q<0);
когда мы связи образуем (а это с продуктами), то энергия ВЫДЕЛЯЕТСЯ (Q>0)
∆𝒓 𝑯 = −∆𝒓 𝑸 = ෍ 𝑬св разр − ෍ 𝑬св обр
Практика
Практика со звездочкой
Закон Гесса
Идея проста: с химическими уравнениями можно (и нужно) работать как
с алгебраическими. Химические уравнения можно складывать и вычитать
между собой, можно домножать на подобранные коэффициенты.
Совершая все эти математические манипуляции, вы должны, как бы
«собрать» нужную вам реакцию, как будто это лего.
Здесь реакция A → D может быть получение
последовательным сложением реакций
(A → B);
(B → C);
(C → D),
ЛИБО
(A → E);
(E → D)
∆r H1
А
B
∆r H2
C
∆r H3
∆𝑟 𝐻1 + ∆𝑟 𝐻2 + ∆𝑟 𝐻3 = ∆𝑟 𝐻4 + ∆𝑟 𝐻5
∆r H4
E
∆r H5
D
Закон Гесса
𝐴 + 𝐵 = 𝑋 | ∆𝐻1
𝐵 + 𝐶 = 𝑌 | ∆𝐻2
𝑌 + 𝐴 = 𝑋 + 𝐶 | ∆𝐻3
Следовательно, ∆𝐻3 = ∆𝐻1 − ∆𝐻2
Практика
ШЭ 2024 (11)
Практика
МЭ 2023 (11) Чукотка
Практика+
МЭ 2023 (10) Владимир
Практика+
МЭ 2023 (10) Курск
Практика+
МЭ 2023 (11) Омск
Кислотно-основные равновесия. Принципы
• Показатель кислотности = pH = –log10([H+]) => [H+] = 10–pH
• pH + pOH = 14 (всегда, но при t = 25 oC)
• Если при температуре 25 oС (!!!):
• pH < 7, то среда кислая;
• pH = 7, то среда нейтральная;
• pH > 7, то среда щелочная
• При разбавлении (С↓) слабых кислот pH ↑ на неочевидную
величину
• При разбавлении сильных кислот в 10 раз, pH растет на 1
Слабые кислоты и основания
Возьмем простейшее равновесие:
𝐴𝐵р−р
⇌
𝐴+
р−р
+
−
Bр−р
Б
C
0
0
П
-x или (-αC)
+x или (+αC)
+x или (+αC)
С
C-x или C-αC
X или αC
X или αC
𝐴+ [𝐵− ]
𝑥2
𝜶𝟐 𝑪 2
=
=
[𝐴𝐵]
𝐶−𝑥
𝐶 1−𝛼
𝜶𝟐 𝐶
K – константа равновесия, K =
=
1−𝛼
𝐾
𝜶 − степень превращения степень диссоциации ; 𝛼 ≈
𝐶
(по-русски: для слабой кислоты при УМЕНЬШЕНИИ концентрации,
степень диссоциации РАСТЕТ)
Практика
Практика
ШЭ 2023 (11)
Практика
МЭ 2023 (11) Челябинск
Практика
МЭ 2022 (11) Челябинск
Практика+
МЭ 2020 (11) Лен. Обл.
Равновесие ионов в растворе над осадком
Вопреки школьным знаниям, осадки… растворяются (но не очень хорошо)
И у этого процесса есть своя мера — произведение растворимости ПР (KS)
В общем виде:
В частном:
𝐴𝑥 𝐵𝑦 ⇌ 𝑥𝐴+𝑦 + 𝑦𝐵−𝑥 𝐾𝑠 = ПР = 𝐴+𝑦 𝑥 𝐵−𝑥 𝑦
𝑃𝑏𝐶𝑙2 ⇌ 𝑃𝑏 2+ + 2𝐶𝑙 − (𝐾𝑠 = ПР = 𝑃𝑏 2+ 1 𝐶𝑙− 2 )
Б
—
0
0
П
–s
+s
+2s
С
—
s
2s
𝑲𝑺 = 𝑷𝒃𝟐+ 𝑪𝒍− 𝟐 = 𝒔 𝟐𝒔 𝟐 = 𝟒𝒔𝟑
ПР — обычно очень маленькие величины.
Фан-факт: для любого осадка можно
У некоторых веществ они даже достигают порядка 10—60.
вычислить такое количество воды, которое
У зубной эмали — апатита порядок примерно 10—90.
позволит растворить его полностью
Практика
МЭ 2021 (11) Респ. Тат.
Радиоактивный распад
Альфа-распад (протекает с выделением атома гелия):
𝐴
𝐴−4
4
𝑋
⟶
𝑌
+
𝑍
𝑍−2
2𝐻𝑒
Бета-распад (протекает с выделением электрона и ЭМВ):
Это, скорее, для некого общего образования. По
факту, вы должны запомнит одно золотое
правило: ЗАРЯД Z и АТОМНАЯ МАССА A должны
сохраняться. Какие Z и A слева, такие и справа
𝐴
𝐴
0
𝑋
⟶
𝑌
+
𝑍
𝑍+1
−1𝑒
Практика
Кинетика рад. распада
Кинетика ядерных реакций проста до невозможности:
все реакции ядерного распада имеют первый порядок по
веществу. Что это значит?
Уравнение скорости распада для ядерной реакции:
𝒓 = 𝒌𝒎𝒙 , где 𝑥 — это и есть порядок по реагенту, k – это
константа скорости (измеряется в [время-1]), m – масса
вещества в любой момент времени.
В нашем случае 𝒙 = 𝟏, так как порядок первый.
𝒎𝒕 = 𝒎𝟎 𝒆−𝒌𝒕
𝐥𝐧 𝟐
𝑻𝟏 =
𝒌
𝟐
𝟏
момент времени, когда 𝒎𝒕 = 𝒎𝟎
𝟐
Практика
Температурные зависимости
𝑻𝟐 −𝑻𝟏
𝒓𝟐 𝒌𝟐
=
= 𝜸 𝟏𝟎
𝒓𝟏 𝒌𝟏
𝑟1 − скорость при температуре 𝑻𝟏
𝑟2 − скорость при температуре 𝑻𝟐
𝜸 − температурный коэффициент Вант-Гоффа
(он принимает значения от 2 до 4): 𝛾 ∈ (2; 4)
Практика
ШЭ 2024 (11)
Практика
МЭ 2023 (10) Кемерово
Практика
МЭ 2022 (11) Респ. Хакасия