ВсОШ 2026, 10 класс, №5

Газофазная димеризация карбоновых кислот

В газовой фазе уксусная кислота существует в виде равновесной смеси мономера (А) и димера :
A(г.) ⇄ (г.)

Вопрос . Изобразите структурные формулы уксусной кислоты (А) и её димера .

Ответ приведите в полном решении в конце задачи.

Вопрос . Запишите в общем виде выражение для константы равновесия димеризации уксусной кислоты ( KA), выраженной через парциальные давления уксусной кислоты (), её димера .

Ответ приведите в полном решении в конце задачи.

Вопрос . Пары уксусной кислоты, состоящие из мономера и димера, из -за зависимости равновесия между ними от давления ведут себя как неидеальный газ: экспериментальная зависимость давления в сосуде от объёма сосуда и общего количества помещенной в него уксусной кислоты (в виде при температуре имеет следующий вид:

Величина зависит только от температуры. Получите выражение для через константу равновесия KA. Приведите ваши выкладки.

Выражение для через KA.

Войдите, чтобы проверять ответы

При температуре = ° в сосуде объёмом = мл давление пара смеси уксусной кислоты с её димером оказалось равным = мм рт. ст. Весь пар был сконденсирован и поглощён водой, после чего был оттитрован стандартным раствором с концентрацией = . На титрование пошло = мл указанного раствора.

Вопрос . Рассчитайте степень димеризации уксусной кислоты (долю уксусной кислоты, которая существует в форме димера) при указанной в условиях температуре ( °, а также величину константы равновесия димеризации уксусной кислоты (Kp,) при этой температуре.

Степень димеризации, %.

Войдите, чтобы проверять ответы

Kp,.

Войдите, чтобы проверять ответы

Муравьиная кислота ( также может существовать в форме димера ( в газовой фазе. Небольшое количество муравьиной кислоты вносили в герметичный сосуд так, что общее давление после установления равновесия в двух экспериментах при °С и °С было одинаковым. По результатам экспериментов были определены равновесные степени димеризации муравьиной кислоты при этом давлении и двух температурах:

, °
α, %

Вопрос . Рассчитайте изменение энтальпии и энтропии реакции димеризации муравьиной кислоты, а также общее давление, которое поддерживалось в экспериментах, если константа равновесия димеризации муравьиной кислоты = при °.

Считайте, что изменение энтальпии и энтропии реакции не зависят от температуры, а вся муравьиная кислота в условиях каждого из экспериментов находится в газовой фазе.

ΔrH°, кДж/моль.

Войдите, чтобы проверять ответы

ΔrS°, Дж/(моль·.

Войдите, чтобы проверять ответы

Давление, бар.

Войдите, чтобы проверять ответы

Вопрос . В герметичный сосуд с постоянным объёмом = мл поместили смесь равных количеств муравьиной и уксусной кислот и нагрели до °. В равновесии мольная доля димера составила %, а парциальное давление мономера Па. Рассчитайте количества вещества муравьиной и уксусной кислоты, помещенных изначально в сосуд и мольную долю смешанного димера АВ в равновесной смеси. Считайте, что константу равновесия для смешанной димеризации ( + ⇆ AB) можно оценить с помощью следующего уравнения:

Примечание: если вы не смогли рассчитать значения констант равновесия для димеризации уксусной и муравьиной кислот, примите Kp, = и Kp, = .

Справочная информация:

Уравнение состояния идеального газа: pV=nRT

Универсальная газовая постоянная = Дж/(моль· Взаимосвязь температурных шкал: = (° + Стандартное давление: ° = бар = мм рт. ст. = Па Закон Дальтона:

Количество каждой кислоты, моль.

Войдите, чтобы проверять ответы

Мольная доля AB, %.

Войдите, чтобы проверять ответы

Полное решение задачи.

Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.

Фото или PDF, до 20 МБ на файл, до 10 файлов. Ответ проверят вручную.
Войдите, чтобы проверять ответы
Ответ

Решение

. Структурные формулы:

Структурная формула уксусной кислоты A и димера A2

Структурная формула уксусной кислоты A и димера A2

.

. Общее количество уксусной кислоты подчиняется выражению

откуда

Выразим константу равновесия KA через количества вещества:

Подставляя в полученное тождество количество вещества димера, выраженное через () и , и упрощая выражение, получаем:

откуда

Также, объединяя закон Дальтона и уравнения состояния идеального газа для каждого из компонентов смеси, получаем выражение

Подставляя предпоследнее выражение в последнее, получаем:

Видно, что С = KA.

. Согласно условию, в газовой фазе уксусная кислота находится в виде смеси мономера и димера. Предварительно переведя численные данные условия задачи в размерности СИ ( = ; = · ; = Па) рассчитаем сумму количеств вещества и :

Результаты титрования позволяют рассчитать общую концентрацию уксусной кислоты:

Откуда получаем, что = · моль, () = · моль. Следовательно, доля уксусной кислоты, существующей в форме димера, равна

Рассчитаем парциальные давления мономера и димера (удобнее рассчитать давления, выраженные в барах):

Рассчитаем константу равновесия, подставив полученные значения в выражение из п. :

. Обозначим муравьиную кислоту за , а её димер за . Так как, согласно условию задачи, все газы являются идеальными, для степени димеризации справедливо выражение

Откуда

Тогда константу равновесия димеризации муравьиной кислоты можно записать в виде

Также, согласно условию, во всех экспериментах используется постоянное общее давление:

(−α) Подставляя в выражение для константы равновесия , выраженное через ptot, получаем

Таким образом, для пар значений «степень димеризации – температура» получаем уравнения вида

Подставляя числа и упрощая выражения, применяя свойство логарифма ln(/) = ln() − ln(), получаем следующие уравнения:

В качестве третьего уравнения можно использовать условие о том, что при =

° = константа равновесия равна , то есть ∆rG° = , то есть ∆rH°=

∆rS°. Решением полученной системы из трех уравнений с тремя неизвестными является: ΔrH° = − Дж/моль ≈ − кДж/моль ΔrS° = − Дж/(моль· ptot = бар

. Сперва рассчитаем значения констант равновесия димеризации и KAB при

°. Первая константа может быть рассчитана на основе значений энтальпии и энтропии, полученных в пункте :

Вторая константа рассчитывается в соответствии с условием:

Выразим мольные доли неизвестных компонентом через общее давление .

=(())=·бар

Материальный баланс, обеспечивающий равенство исходных количеств А и В:

Решением этого уравнения является = бар. (AB)=·√=·бар

Начальное давление В: = + p() + (AB) = · бар = Па. Начальное количество В: = ··/(·) = · моль.

1

Структурные формулы уксусной кислоты (А) и димера – по балла

1
2

Выражение для константы равновесия – балл

1
3

Выражение для константы равновесия через количества вещества – балл. Применение комбинации закона Дальтона и уравнения состояния идеального газа – балл. Получение конечного выражения – балла (без обоснования – баллов)

4
4

Расчёт суммы количеств вещества в газовой фазе – балл. Расчёт общего количества вещества уксусной кислоты по результатам титрования – балл. Расчёт доли уксусной кислоты, существующей в форме димера – балл. Расчёт парциальных давлений и – по балла. Расчёт KA – балл (без обоснования – баллов)

5
5

Выражение для через α и ptot – балл. Определение ΔrH° из системы уравнений – балла. Расчёт ΔrS° и ptot – по баллу (без обоснования – баллов)

5
6

Расчет двух констант равновесия – по балла. Верно найдено общее давление – балл. Верно найдена доля АВ – балл. Количество вещества, помещенное в сосуд – балл (без обоснования – баллов)

4
Максимум: 20

Похожие задачи

ВсОШ 2025, 9–11 классы, №ФХ-2

Тринадцать атомов Хорошо растворимое в воде органическое соединение X является важной структурной единицей живого. 10 % водный раствор X замерзает при температуре -2.32 °С. Возможные пути синтеза X приведены ниже: ФХ-2: схема или рисунок к условию, фрагмент 6, страница 21 При этом известно, что соль

ВсОШ 2024, 9–11 классы, №ФХ-2

Кислотная задача После основного теоретического тура всегда наступает второй – кислотный Несмотря на то, что такие кислоты, как щавелевая, содержат эквивалентные кислотные группы, константы кислотности по первой и второй ступени всегда отличаются: например, для mathrm{H2C2O

ВсОШ 2024, 9 класс, №Н-2

«Разноцветные элементы» Как Вы, конечно, знаете, целый ряд химических элементов можно назвать разноцветными, хотя данное название в итоге дано только одному из них. Ниже в задаче пойдет речь о двух из таких элементов, которые когда-то даже путали друг с другом, в таблице Д.И. Менделеева они соседств

ВсОШ 2024, 9–11 классы, №Н-9

«– Будь осторожен! – А когда я был неосторожен за эти долгие годы? – Да, пожалуй, не был. Тем обиднее оступиться в конце пути.» Дж. Р. Р. Толкин, «Две крепости» Металл X малореакционноспособен, растворяется при нагревании в смеси плавиковой и азотной кислот (р-ция 1). Препаративным методом получения