Физическая химия: Сборник задач домашних заданий по курсам «Физическая химия (2 часть)» и «Экспериментальное исследование физико-химических закономерностей» для студентов химико-технологического факультета и факультета строительного материаловедения (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Сборник задач домашних заданий

по курсам «Физическая химия (2 часть)» и «Экспериментальное исследование физико-химических закономерностей»

для студентов химико-технологического факультета

и факультета строительного материаловедения

Екатеринбург 2007

УДК 544(076)С79

Составитель:

Научный редактор доц., к. х.н.

Физическая химия. Сборник задач домашних заданий по курсам «Физическая химия» (2 часть) и «Экспериментальное исследование физико-химических закономерностей»: сборник задач для студентов химико-технологического факультета и факультета строительного материаловедения / - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. 75с

В данном пособии приведено 24 варианта домашних заданий для студентов химико-технологического факультета и факультета строительного материаловедения по двум курсам: «Физическая химия» (2 часть) и «Экспериментальное исследование физико-химических закономерностей». В каждом варианте имеется 13 задач, которые составляют два домашних задания по физической химии (одно по химической кинетике, второе по электрохимии) и одно задание по курсу «Экспериментальное исследование физико-химических закономерностей». Точное указание, к какому именно домашнему заданию относится каждая задача приведено в начале сборника. Кроме того, все задачи разделены по уровню сложности на два больших класса: первый – обязательный для решения, второй – желательный, содержащий более сложные задачи. Соответственно этому делению полное домашнее задание разделено на ОДЗ (обязательное домашнее задание) и РДЗ (рейтинговое домашнее задание).

Указаны требования к оформлению домашнего задания, ссылки на использованную литературу.

Библиогр.: 5 назв.

Подготовлено кафедрой «Физическая и коллоидная химия».

© ГОУ ВПО Уральский государственный

технический университет – УПИ, 2007

Пояснения к домашним заданиям

Соответствие задач типу домашнего задания приведено ниже.

	Химическая кинетика (ДЗ-1)	Электрохимия (ДЗ-2)	Экспериментальное исследование физико-химических закономерностей
ОДЗ	РДЗ	ОДЗ	РДЗ	ОДЗ	РДЗ
Номера задач	1; 2	2; 3	4; 5: 7	4; 5	3; 6	1; 6

Сборник задач предназначен для самостоятельной работы студентов по усвоению материала курса физической химии. Начинать работу нужно с решения задач обязательного домашнего задания (ОДЗ). Решение обязательного домашнего задания вместе с отчетами по прохождению лабораторных работ является допуском до экзамена по физической химии. При оформлении решений задач ОДЗ учтите, что задачи можно сдавать по мере решения каждой задачи, а не все задачи единовременно, поэтому оформлять их лучше на отдельных листах из тетради, а не в целой тетради. Вместо условия задач можно приложить ксерокопию варианта домашнего задания. Краткое условие задачи обязательно. Расчет производится в СИ.

Для углубленного изучения курса нужно решить рейтинговое домашнее задание (РДЗ). В этом виде домашнего задания сгруппированы более сложные задачи, требующие пояснений при решении, графических отображений зависимостей, анализа полученных результатов.

Требования к оформлению этого вида задания (РДЗ).

1. Рейтинговое домашнее задание сдается на проверку целиком.

2. Запись решения задач осуществляется на листах бумаги формата А4, с одной стороны листа. Листы не сшиваются, и без всяких скрепок сдаются преподавателю на проверку в файл-папке.

3. Титульного листа не делается, однако на каждом листе сверху (2 см) проводится горизонтальная черта, над которой указывается необходимая информация: Например, гр. Х-359, РДЗ - 4, задача 3, лист 2.

(РДЗ-4 – означает 4 вариант рейтингового домашнего задания, лист 2 - обозначает номер листа, соответствующего решению 3 задачи, а не общее количество листов).

4. Допускается полное условие задачи приводить в виде ксерокопии домашнего задания Вашего варианта. Краткое условие задачи обязательно.

5. В начале решения нужно привести необходимые уравнения и формулы с пояснениями обозначений величин и смысла формул. Уравнения нужно пронумеровать. Уместны словесные связки между формулами, чтобы была понятна логика решения задачи. Искомые величины нужно найти в общем виде в буквенных обозначениях. При подстановке данных обязательно получение необходимых размерностей. Во все расчетные формулы должны входить только те величины, которые заданы в условии.

6. Рисунки выполняются с использованием чертежных принадлежностей на миллиметровой бумаге. На плоскости рисунка допускается лишь цифровое или буквенное обозначение линий (если их больше одной) и необходимые для решения задачи графические построения. Названия рисунков и расшифровка обозначений приводятся внизу. Нумерация уравнений, таблиц и рисунков относится непосредственно к решаемой задаче.

Решение рейтингового домашнего задания является необходимым условием получения студентом экзаменационной оценки досрочно, до сессии.

Вариант 1

Обязательное домашнее задание

1. Для гомогенной реакции, протекающей согласно стехиометрическому уравнению 2A ® B имеются данные по зависимости концентрации вещества A (в моль/м3) от времени (в мин). Постройте кинетическую кривую cA = f(t). Определите графически по кинетической кривой, а также по зависимостям в соответствующих координатах (интегральным методом), к какому порядку – первому или второму, относится данная реакция, определите величину константы скорости реакции и время полупревращения.

t, мин	0	20	40	60	80	100	140	160	180	200
cA,моль/м3 моль/м3	992	620	395	247	156	99	40	25	16	10

2. Реакция омыления этилацетата щелочью относится к реакциям второго порядка. По данным, приведенным в таблице, определите величины констант скоростей этой реакции при указанных температурах и энергию активации.

		273 К	293 К
Время, , мин	0	5	5
Концентрация эфира, , моль/м3	25	20,1	11,2
Концентрация щелочи, , моль/м3	40	35,1	26,2

3. Реакция изомеризации этилбензола протекает при 600 К и 1 атм по схеме:

м- ксилол

этилбензол о- ксилол

п - ксилол

Через 5 секунд от начала опыта определены концентрации всех присутствующих в системе веществ, моль/л: этилбензол – 22; м-ксилол – 4,8;

о-ксилол - 11,5; п-ксилол – 4,2. Найдите величины констант скоростей каждой из стадий этой параллельной реакции.

4. Запишите уравнения ионных равновесий, найдите концентрацию всех типов частиц и рассчитайте величину рН

а) в водном растворе уксусной кислоты, концентрации 10 моль/м3;

б) в водном растворе цианистого калия, концентрации 0,01 моль/л.

5. Определите при 298 К растворимость сульфата серебра

а) в воде; б) в водном растворе нитрата калия, 0,1 моль/л;

в) в водном растворе азотнокислого серебра 0,2 моль/л.

6. Удельное сопротивление водного раствора трихлоруксусной кислоты (концентрации 0,001 моль/л) при 298 К составляет 26,38 Ом·м. Рассчитайте константу ионизации кислоты и сравните ее со справочными данными.

7. Схематично изображены два электрода.

Sn4+,Sn2+çPt Zn2+çZn

0,1 моль/.л; 0,5 моль/л = 0,01 моль/л

Укажите, к какому типу относится каждый из них, составьте из них гальванический элемент, запишите уравнения электродных реакций и итоговую реакцию. Вычислите при 298 К ЭДС гальванического элемента.

Рейтинговое домашнее задание

1. Для гомогенной реакции A1 + A2 +A3 = B дана зависимость концентрации вещества A1 ( в моль/м3 ) от времени ( в мин) при начальных концентрациях A2 и A3 значительно превышающих начальную концентрацию вещества A1 .

Постройте кинетическую кривую и определите по ней дифференциальным методом частный порядок реакции по веществу A1 и эффективную константу скорости реакции.

Время, мин	0	10	20	30	40	50	60	87
Концентрация, моль/м3	235	188	144	103	70	43	25	1

2. Для реакции, протекающей в газовой фазе при постоянном объеме, согласно стехиометрическому уравнению A = B + C + D дана зависимость общего давления газовой смеси от времени.

t, мин	0	5	10	15	20
p, Па	40000	49800	58360	65870	72470

Полагая, что реакция описывается уравнением первого порядка, выразите константу скорости реакции через общее давление и рассчитайте ее величину.

3. Известны начальные скорости wo, моль/(л×с) разложения гидроперекиси тетралина под действием фермента на субстрат для ряда концентраций субстрата , моль/л. Найдите константу Михаэлиса и максимальную скорость каталитического разложения гидроперекиси тетралина по этим данным

wo×105, моль/(л×с)	4,2	3,7	2,8	2,4	1,6
, моль/л	0,840	0,185	0,070	0,048	0,023

4. Постройте и проанализируйте распределительную диаграмму борной кислоты.

5. По значениям стандартных условных электродных потенциалов вычислите при 298 К а) величину произведения растворимости и б) величину константы нестойкости комплексного иона . Запишите схему электрохимической цепи, необходимой для вычислений, уравнения электродных реакций и итоговую реакцию.

6. При 300 К был составлен гальванический элемент

и при различных значениях концентрации раствора соляной кислоты (d,моль/кг) измерена его ЭДС (Е, В). Найдите по этим данным величину среднего ионного коэффициента активности в растворе соляной кислоты концентрации 0,007 моль/кг.

d,моль/кг	0,002	0,005	0,01	0,02	0,05	0,1	0,2	0,5
E, В	0,544	0,498	0,464	0,429	0,385	0,351	0,318	0,271

Вариант 2

Обязательное домашнее задание

1. Для гомогенной реакции, протекающей согласно стехиометрическому уравнению 2A ® B имеются данные по зависимости концентрации вещества A (в моль/м3) от времени (в мин). Постройте кинетическую кривую cA = f(t). Определите графически по кинетической кривой, а также по зависимостям в соответствующих координатах (интегральным методом), к какому порядку – первому или второму, относится данная реакция, определите величину константы скорости реакции и время полупревращения.

t, мин	0	10	30	50	70	90	110	130	150	170
cA,моль/м3 моль/м3	898	639	424	268	167	105	67	40	26	16

2. Реакция омыления этилацетата щелочью относится к реакциям второго порядка. По данным, приведенным в таблице, определите величины констант скоростей этой реакции при указанных температурах и энергию активации.