Termodynamika závěrečné opakování FC 3806 Jaro 2021 1) Uveďte příklad přímé, zpětné a vratné chemické reakce. Dále napište příklad syntézy, analýzy, substituce, podvojné záměny. 2) Uveďte příklad exotermické a endotermické reakce, homogenní a heterogenní reakce, molekulové, iontové a radikálové reakce. U O i- H,0 —? U{OH)l 1 NHt Ho i Kou* ty) fy U) ontove Y. Z-t 8«' 5 a A/f/ —> H * č/~ ho lekm /o«e H C/ 3) Uveďte příklad oxidačně-redukční, acidobazické, koordinační reakce. Dále příklad adice, eliminace, přesmyku, substituce - elektrofilní, nukleofilní, radikálové a reakce izolované, bočné, následné, řetězové. CHz.= CV\-OH VAjC-CHO CH j- 0 01 ^ l<* 4) Uveďte příklady katalýzy a inhibice v chemickém průmyslu a v lidském těle, co nejlépe popište. IblCE_ A^Qynxdji^j oXt^vtc^i Ajť^Áci Asď^hl&ty (z/^^Aj fic^Cna /tacetui fníio- 2AJ0 ř 0£ —> 2M>t In-Xcť-i-íoi Átrrmí jic/e*** Altk\jt /íéwu\!fát,/fAícLirvC oío- hjjoJL.'*^ (fjbrftyw fl/7t*^í'^C WHl&tCí V LIDSť£H T£L£ luhujme ev^vhJ itonPcrtTivAJÍ - i^kv Á^^ci/v-^ JtJsAll^ jJjyvU /uZfreJ UuA^ {rvtyi adLní*>™*ft\ 5) Kolika gramům bezvodého chromanu rtuťnatého odpovídá 0,42 kg jeho hexahydrátu? 6) Kolik kg sodíku obsahuje 50 g telluričitanu sodného? Ä^.SW ..... -(0o% 7) Kolik ml 21% amoniaku je potřeba na přípravu 40,4 gramů dusičnanu amonného neutralizací kyselinou dusičnou? Hustota 21% amoniaku je 0,9224 g/ml. 8) Rozpuštěním 42,3 g znečištěného hořčíku ve zředěné kyselině sírové bylo získáno 356 g heptahydrátu síranu horečnatého. Kolik procent nečistot obsahoval hořčík? 9) V prázdné místnosti o rozměrech 14 x 9 x 4 metry zreagovalo 8 gramů oxidu manganičitého s přebytkem kyseliny chlorovodíkové tak, že z jednoho molu burelu vznikl jeden mol chloru. Jaká je okamžitá koncentrace chloru v místnosti v mg/m3? 10) Jaké látkové koncentraci a jakému látkovému množství odpovídá 5200 mg chlornanu sodného v 1 litru roztoku? Oj'-1 -•>?,-- V /My = ň ^ /W!/ -1- o- >/ fWO/ntf (Jjhnfoms Am(w^ ď^-MZ^As íwéměái'0,0^4*4 (jĚaUX&e1 ÁpM/rMé&ce ) As 0,0¥ /mač (A^m^/4n^UÁ'). -^--.—f- 11) Kolik gramů síranu sodného o 80% čistotě je potřeba na přípravu 200 ml roztoku o koncentraci 0,05 mol/l? A. V>n = X* A >>S5 12) Kolik kg síranu sodného a kolik ml vody je potřeba na přípravu 250 ml 10% roztoku síranu sodného o hustotě 1,0915 g/ml? 13) Bylo-li ke 25 ml ethanolu přidáno 125 ml vody, jaká bude koncentrace ethanolu v objemových procentech? . 7 14) Pokud k půl litru roztoku Kl o koncentraci 0,03 g/l přidáme 600 ml 0,002 M roztoku Kl, jaká bude výsledná látková koncentrace? 0,04? 15) Kolik ml vody musíme přidat k 10 ml 85% kyseliny trihydrogenfosforečné o hustotě 1,686 g/ml, aby vznikl 3 M roztok? 16) Kolik miligramů uhličitanu sodného se musí navážit aby se při acidimetrické titraci spotřebovalo 0,0125 litrů 0,800 M'roztoku HCI? r/\C) fa Wa2C05 = t „q, HCe e = 0,00398 c = 0,00398 M 2ciyi + c2V2 = c^+V^ 2*0,01*19,9 + 0 = 0,00398*(V2+19,9) 0,398 = 0,00398V2+0,079202 0,398-0,079202 V,= 0,00398 = 80,1 ml Musíme přidat 80,1 ml vody. 20) Napište rovnici, vyrovnejte ji: r c r v» . ^ ^ a) Selen reaguje s chlorem a vodou za vzniku kyseliny chlorovodíkové a kyseliny j %jUL "LČJL 3 selenové b) chlorečnan sodný reaguje s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku vody, chloridu t)2 NäĹÍLO^ ± kWQí —>2 H^O + 2 hMl + Cix +ZCi02 sodného, chloru a oxidu chloričitého. c) fosfor reaguje s bromem a vodou za kyseliny trihydrogen fosforečné vzniku kyseliny bromovodíkové a r' ľľľh, j# i 2CjLv -i"^-^. 2clv i^ia,v c) 21) Která sloučenina obsahuje nejvíce vody? Zdůvodněte výpočtem: modrá skalice, zelená skalice, bílá skalice. Hr I Oj /ŕ>» ) m, & //"W Hr (5 ho) f o / l>™ ( í »z0 j CuSO,,. S«io) - 9o j n% 5G --■ O^í -> 36 'A jL) " <»/»'> 66 - * ° — tffr* Aéícú t»f°h- nc° t/r f t»W) A'f> ** ŕ ttr( > Hzo) IIJ C Ji 'N*C-»Fe"*-cSN| N C II N dV ///C9 —-Fe Fe ipJd 3d, •i Moh) \ \ V / F a ČMr. 25-.Í. Vazba v komplexním iontu hexakyanoieleznatanovem [Fc(CN)s]4 a) Geometrie částice; b) znázorněni vzniku interakce o a n mezi jednim z Ugandu a středovým atomem c) diagram MO _ //yfTTTTfl— 0i>r. 23-4. Vazba v komplexnim iontu hcxalluoroželezitanovém [KeK,]3 . a) Geometrie částice; b) znázorněni interakce o mc/i jednirn z ligandů a sledovým atomem; c) diagram MO Výparné teplo vody při 100 °C je 2258,3 kJ kg-1. Vypočítejte změnu vnitřní energie 1 kg vody při jejím vypaření při 100 °C a konstantním tlaku za předpokladu, že se pára chová jako ideální plyn a že molární objem kapaliny je proti objemu vodní páry zanedbatelný. z. Vycházíme z°l. -věty terniodynam ické: Ci U=-Q+W,kdeQ □ U-...□ přkůstek vnitřní energie soustavyCi cs Q ...es teplo přijaté-soustavoucs e n W -... Ki práce vykonaná vněj šími silami na -soustavěcí Cí Objemová- práce - vykonaná vněj šími - silami je -rovna- záporně - vzaté - obj emové práci ^ vykonané -soustavou:Cí W-=—Wci z Objemovoupráci vykonanou - soustavou lze při -konstantním tlaku-vypocí st- ze - vzta-11 huCi W=p-n :z z (5)L (6) z z ) z of z (8>n z z. 1000 g ■ 8,314 J K mol"1 ■ (273,15 + 100)K U = 2258,3 ■103 J ■ 1 kg--------^-:-—H J B 18,01 g mol"1 U = 2^86^00 J-=-23086MJT[ Při- vypaření -1 - kg - vody - při -100- °C vzroste vnitřní - energie - vody - přibližně - o - 2,086 MJja • Výparné teplo benzenu při jeho bodu varu (80,1 °C) a normálním atmosférickém tlaku je 394,15 J g-1. Vypočítejte: • a) objemovou práci vykonanou benzenem, • b) teplo absorbované benzenem, • c) změnu enthalpie, • d) přírůstek vnitřní energie benzenu při vypaření 100 g benzenu uzavřeného v nádobě s volně pohyblivým pístem při teplotě 80,1 °C. • Předpokládejte, že benzen v plynném skupenství se chová jako ideální plyn. Předpokládejte také, že objem kapalného benzenu je zanedbatelný vůči objemu stejného látkového množství plynného benzenu. a)-»Obj emová práce vykonaná benzenem - se -vypočte pomocí vztahu- (3a) - odvozeného v^ředchozím-příkladu W — pVi, do kterého dosadíme (6) z^edchozího příkladu, -f _ m ■ R ■ T m ■ R ■ T Dostaneme W = p ■ V2 = p-=-U M ■ p M 100 g -8,314 J K1 mol1 ■ (30,1 + 273P15)K ^ Číselne: W =-----^-— =3°760fíí 78,113 g mol"1 Zadané množství benzenu -pri vyparení vykoná práci 3760 - J.K b) -»Teplo - absorbované benzenem pri vypaření- se - spočte - pomocí- vztahu - (S) - z- minu- lého přikladu: Q = físfo m. Číselně: Q = 3 94:15 J g1 - 100 g = 39°400 JT Pří vypaření-100-g-benzenu-pn-své-nornaálni-teplotě varu-přijme benzen teplo- c) -»^njy^aj^je^- j e ■ teplo -přijaté - soustavou- při - izobaríckém - dej i. Proto - AH -=- 3 9^00 - J, - viz výsledek-hodu-b) 1 d) ^Prirůstek - vnitřní - energie benzenu - se určí poraocí -1. věty termodynamické, vztah - (1) zímimilého -příkladu: U = -Q -+ W; - s^yužitím (2) zírriínulého přikladu: U —- Q --W-1 _ Q -=-39^00 J (výsledek bodu b), W =-3*760 J (výsledek boou a)f Pak U- 39*400 —3^60—35^40 -JU Přírůstek - vnitrní- energie -100 - g - benzenu - pří j eho - vypaření při - normální - teplotě -varu-je 35*640 J.1Í Vypočítejte reakční teplo AH^ reakce 2 CO (g) + 4 H2 (g) H20 (I) + C2H5OH (I) Pro výpočet použijte reakční tepla těchto reakcí: CO (g) + - 02 (g) -> C02 (g) AH^ = -283,195 kJ mol"1 H2 (g) + - 02 (g) -> H20 (I) AH2 = -285,960 kJ mol"1 C2H5OH (I) + 3 02 (g) -> 2 C02 (g) + 3 H20 (I) AH3 = -1368,539 kJ mol" Využijeme termcx: heimc k é zákony. Reakce se zadanými číselnými hodnotami re-akčni enťhalpie AHn až AHs i sou reakcemi látek s kyslíkem za vzniku konečných produktu spalováni (oxid uhličitý,, voda). Hodnoty AH^ až AH^ jsou tedy standardní spalné en^Kk látek CO (g), H2 (g) a C2H5OH (1). Využijeme oovozovací trojúhelník se spalnými en^piem^: AH2 spaliny AET spal. prod reaktanty ~AHV AH^r produkty Podle termochernickych zákonů pak platí: AH°r= AHľscaL Krch — AH%^i ™™i Při dosazování čísel je nutno zohlednit konkrétni látková množství zúčastnených látek: AH^= (2AH%j,co + 4AH° flpalH() - AH°CjH(OHapal, Číselně: 2 (-283,195) + 4 (-2853960) -(-1368,539) = -341,691 M mol"1 Reakční teplo zadané reakce i e —341,691 fej mol-1. • Vypočítejte, kolik tepla se uvolní spálením 1 m3 methanu (měřeno za normálních podmínek). Slučovací teplo oxidu uhličitého je-393,97 kJ mol-1, methanu -76,37 kJ mol-1 a vody-242,00 kJ mol-1. • Jak se změní vnitřní energie plynu, přijme-li teplo 10 J tak, že při tom nevykoná žádnou práci? ešení: CH4(g)+2 02 (g) AH.% AH3r 2 H2O (g) + C02 (g) Prvky (C Ha: 02) áO£t= - ((-76,37)+2-0) + (2<-242,00) + (-393:97)) = -801,60 HmoH. Při spáleni 1 mol mej$jajmje nutno dodat—801,60 y[ tepla, tedy se uvolní 801,60 fej tepla. Nyní zjistíme,, jaké látkové množství představuje 1 m3 njejj^ajujt (měřeno za normálních podmínek, tj. 101 325 Pa, 273,15 K). 101 325 1 =n 8,314 273,15, odtud n = 44,61 mol Při spáleni 1 mol mdtam se uvolní 801,60 fcj tepla, při spálení 44,61 mol se uvolní úměrně více tepla: 801,00 44:61 = 35 759 U= 35 J59 MJ tepla. Bude za standardních podmínek probíhat následující reakce? 2 HI (g) + Cla (g) - 2 HC1 (g) + I2 (s) látka °G (kJ.mol"1) HCI -95,46 HI 1,30 Reakce je za daných podmínek proveditelná, pokud dané reakce má zápornou hodnotu. Standardní SMí^PÄ energie látky je definována jako fijfepÄ energie děje, kdy tato látka vzniká z prvku. Standardní fijj^pj^ energie prvků je nulová. Pro výpočet Afi& Platí termochemické zákony stejně jako pro výpoěet 4^ reaktanty AS&=- (2 G°hi+ G°ci2) + (2 Sa^+ G*n) Afi&=-(2 ■ 1,30 + 0) + (2 ■ (-95,46) + 0) =- 193,52 mol"1 Uvedena reakce je za daných podmínek uskutečnitelná. • a) Určete změnu entropie 500 g C02, pokud za normálního tlaku a teplotě -78,48 °C vy sublimuje. Za daných podmínek se jedná o rovnovážný děj. Měrné skupenské teplo sublimace C02 za daných podmínek je 565,22 J g-1- •b) Jaká je změna entropie při tomto procesu? •Platí ASsubL = Sfflbí = * s _ 500 g . 565,22 J. g"1 subi (273,15-78,48) K AS = 1451,74 J K"1 subl Změna entropie při 1451,74 J K4. sublimaci 500 g suchého ledu je •b) AGsub, = AHsubl. - TASsubl = AHsubl. _T^p = 0 Změna Gibbsovy energie při popsaném ději je nulová. Kontrolou je známý fakt, že změna Gibbsovy energie při rovnovážných dějích má nulovou hodnotu. Na obrázcích jsou znázorněny p-V diagramy, z nichž lze odvodit velikost práce vykonané soustavou. Určete, které tvrzení správně popisuje děj zobrazeny v jednotlivých grafech. a) objemová práce se koná b) objemová práce se nekoná 0 V v2 V a) o bj em j e konstantní b) objemová práce se nekoná c) objem se mění v závislosti na tla- c) objemová práce se koná ku Která z uvedených výpovědí platí pro samovolně probíhaj ící reakce? •a)jsou exotermní •b)změna Gibsovy energie je negativní •c)probíhají rychle •d)změna enthalpie je negativní Kdy je změna Gibbsovy energie AG při reakci rovna nule? •a) je-li systém v rovnováze •b) všechny aktivity jsou jednotkové •c) teplo není soustavou ani přijímáno, ani vydáváno •d) AS = 0 •Jednotlivé procesy je možno charakterizovat znaménkem hodnot AH a AS, např. tak, jak je uvedeno v následující tabulce: •Které z těchto procesů probíhají za konstantního tlaku a teploty určitě samovolně a které by mohly být samovolné? K níže uvedeným reakcím definujte rovnovážnou konstantu IC: •a) C02(g) + NaOH(s) = NaHC03(s) •b) CaC03(s) = CaO(s) + C02(g) c) S8(s) + 8 02(g) = 8 S02(g) Jedná se o heterogenní rovnováhy, tedy o takové, kterých se účastní látky v různých fázích. Aktivity čistých pevných látek v rovnováze mají hodnotu 1. Výrazy pro rovnovážné konstanty proto budou: a(NaHC03) _ 1 _ 1 a(C02) ■ a(NaOH) a(C02) ■ 1 a(C02) a(CaO).a(C02) _ 1-a(C02) •Do třílitrové nádoby bylo vpuštěno 5 mol amoniaku a zvýšena teplota. Po ustavení rovnováhy 2 NH3 (g) = 3 H2 (g) + N2 (g) směs obsahovala 1 mol NH3. Vypočítejte rovnovážnou konstantu Kc. •Při teplotě 27 °C a tlaku 1,0.105 Pa je N204 z 20 % disociován na monomer. Vypočítejte rovnovážnou konstantu IC n(NH3) = l 3 3 V 3_ [H2] = ^ = f = 2 mol dm-3 :nwj , dm_3 LJl_i£_3_ N2 (g) 5-1 = 2 mol [H2]3 -[N2] [NH3]2 23.f 16 = 4 = 48 N204 = 2 N02 začátek (mol) 100 0 rovnováha (mol) 80 2 . 20 = 40 \*r n2 Pr(JV0z)|:::i Př(Af204) ! n (mol) 1 &l J Pst N2O4 80 0,667 66,7 0,658 NO2 40 0,333 33,3 JsEft 0,329 □ 0,3292 •Zdánlivý součin rozpustnosti CuBr má hodnotu 4,8 • 10~8. Určete látkovou koncentraci CuBr v jeho nasyceném vodném roztoku. • CuBr ve vodném roztoku disociuje a ustaluje se rovnováha: • CuBr (s) = Cu+ (aq) + Br" (aq) • Zdánlivý součin rozpustnosti CuBr je definován vztahem: • Ks(CuBr) = [Cu+].[Br-] • Z rovnice disociace CuBr je zřejmé, že [Cu+] = [Br-] = c(CuBr). Pak platí: • Ks(CuBr) = c(CuBr). c(CuBr) = c(CuBr)2 • Po číselném dosazení 4,8-10-8 = c(CuBr)2 • c(CuBr) = V4,8 • ÍO"8 = 2,19 ■ 10"4 mol dm"3 • Látková koncentrace CuBr v jeho nasyceném vodném roztoku je asi 2,19-10~4 mol dm-3. • Alternativa: • Při výpočtu je možné si zjednodušit zápis, např. zavedením substituce c(CuBr) = x. Potom: • Ks(CuBr) = x . x = x2 • Po číselném dosazení 4,8 ■ 10~8 = x2 • x = V4'8 • 10"8 = 2,19-10"4 mol dnr3 Určete zdánlivý součin rozpustnosti Ag3P04. Rozpustnost této iontové sloučeniny ve vodě je 1,607-10~5 mol dm-3. • Při rozpouštění Ag3P04 ve vodě se ustaluje rovnováha: • Ag3P04 (s) = 3Ag+ (aq) + P043" (aq) • Z této rovnice je zřejmé, že [P043~] = c (Ag3P04) a také že [Ag+]: [P043~] = 3:1, neboli [Ag+] = 3 [P043"] • Součin rozpustnosti Ks (Ag3P04) je definován vztahem: • Ks = [Ag+]3 • [P043"] • Po dosazení vztahů mezi koncentracemi dostáváme: • Ks (Ag3P04) = (3 • [P043"])3. [P043"] • Ks (Ag3P04) = 27 • [P043 ]4 • Ks(Ag3P04) = 27-(1,607-ÍO"5)4 • Ks (Ag3P04) = 27 • 6,669-10"20 • Ks(Ag3PO4)=l,8-10-18 • Zdánlivý součin rozpustnosti Ag3P04 je 1,8-10"18. Objasněte 1) Jmenujte obory chemie a stručně je popište. 2) Kdo z našich vědců obdržel Nobelovu cenu? Kdy a za co to bylo? 3) Jaké formy energie znáte? Co platí o jejich přeměnách? 4) Definujte elektronvolty. 5) Vysvětlete Heisenbergův princip neurčitosti. 6) Popište základní chemické zákony. 7) Co je to izotop, nuklid, prvek, izobary, izotony. 8) Jaké druhy radioaktivity znáte? 9) Jaké druhy radioaktivních záření znáte? Popište je, čím je lze odstínit? • 10) Kolik znáte rozpadových řad, proč tento počet? • 11) Kde se radioaktivita využívá? • 12) Definujte postuláty Daltonovy atomové teorie. • 13) Jaká znáte kvantová čísla? Stručně je popište. • 14) Co je to Pauliho princip a Hundovo pravidlo? • 15) Co je to elektronegativita? • 16) Co je to elektronová afinita? • 17) Napište současné znění periodického zákona. • 18) Periodicita vlastností - poloměry atomů, elektronegativita, ionizační energie • 19) Definujte chemickou vazbu, jaká je její délka? • 20) Co je to molekulový orbital? 21) čím je tvořena jednoduchá, dvojná, trojná vazba, jaké jsou jejich délky a jejich pevnost? 22) Co je to řád vazby, co když vyjde např. 1,5? 23) Jaké vazby znáte na základě polarity? 24) Co je to dipólový moment? 25) Co jsou to micely? 26) Co je to centrální atom, ligand, koordinační částice, kompenzující ion 27) Co je to chelát a chelátový efekt? Kde se využívá? 28) Jaké druhy izomerie znáte? 29) Co je to Planckova konstanta, kde se využívá, jakou má hodnotu a jednotku? 30) Objasněte rozdíl mezi paramagnetismem a diamagnetismem. 31) Jak vznikají vodíkové můstky? Na co mají vliv? 32) Co je to oxidace, redukce, oxidační a redukční činidlo? 33) Jak funguje chladící směs? 34) Kdy jsou ionty nejstabilnější? 35) Kde nalezneme vodivostní, valenční a zakázaný pás? 36) Co je to ideální plyn a jak je definován? 37) Definujte viskozitu a povrchové napětí. 38) Co je to trojný bod? 39) Jaké znáte krystalové soustavy? 40) Co je to polymorfie, alotropie, izomorfie? 41) Jaké znáte termodynamické soustavy? Uvádějte příklady. 42) Jaký je rozdíl mezi homogenní a heterogenní soustavou? • 43) Popište extenzivní a intenzivní stavové veličiny, udejte příklady • 44) Jaké druhy termodynamických dějů znáte? • 45) Co je to reakční enthalpie? • 46) Jak zní termochemické zákony? Kdo je formuloval? • 47) Co je to entropie? • 48) Jak zní Guldbergův-Waageův zákon? • 49) Formulujte Le-Chatelierův-Braunův princip. • 50) Jaký je rozdíl mezi nenasyceným, nasyceným a přesyceným roztokem? • 51) Jaké druhy rozpouštědel znáte? • 52) Pro jaké látky použijeme iontovou sílu a aktivitu? A pro jaké součin rozpustnosti? • 53) Co vše má vliv na rozpustnost látky? • 54) Popište Arrheniovu, B-Lowryho, Pearsonovu a Lewisovu teorii kyselin a zásad. • 55) Co je to autoprotolýza, neutralizace, čemu je roven iontový součin vody? • 56) Jaký je rozdíl mezi „tvrdou a měkkou" kyselinou? • 57) Co je to konjugovaný pár? • 58) Vymyslete takový konjugovaný pár, aby kyselina sírová byla báze. Doplnění 59) Co popisují Schrodingerovy rovnice? 60) Co je to hmotnostní úbytek/defekt? 61) Srovnejte hmotnost protonu, elektronu a neutronu 62) Definujte atomovou hmotnostní jednotku 63) Co udává Avogadrova konstanta? 64) Co jsou to magická čísla? 65) Jaký je poslední přírodní prvek? 66) Jmenujte chemiky spojené s radioaktivitou. 67) Co je to orbital? • 68) Co je to lanthanoidová kontrakce? • 69) Čím se lišila první periodická tabulka od dnes známých? • 70) Jaké jsou podmínky vzniku molekulových orbitalů? • 71) Proč nemůžou existovat dvouatomové molekuly vzácných plynů? • 72) Jaké znáte reakce podle typu reakčního mechanismu? • 73) Jaké fáze radikálových reakcí znáte? • 74) Jaké druhy reakcí znáte z hlediska termochemie?