Физическая химия, Сборник задач домашних заданий (стр. 2 )

3. При температуре 865 К рассчитать значения стандартной мольной энтальпии, стандартной мольной энтропии, стандартной мольной энергии Гиббса реакции . Определить, возможно ли самопроизвольное протекание газовой реакции слева направо при этой температуре. В какую сторону будет смещаться равновесие данной реакции при изобарическом повышении температуры? Исходная смесь соответствует стехиометрическому составу, газы близки по свойствам к идеальным.

4. Рассчитать равновесный состав системы, в которой протекает алкилирование и полимеризация

1. (2,3-диметилпентан) = 34,5

2. ( 1-гексен) = 7,19

Температура 500 К, давление 1 атм, исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, продуктов реакции в начальный момент нет.

5. На основании приведенных данных о составах жидкой и паровой фаз при различных температурах постройте диаграмму фазового состояния системы бензол ( 1 компонент) – пропанолкомпонент)

Т, К	353	349	346	345	344,5	346	349	355
	0	0,03	0,06	0,2	0,41	0,7	0,85	1
	0	0,15	0,27	0,35	0,41	0,53	0,67	1

Обозначьте все поля, линии и характерные точки на этой диаграмме и укажите, сколько компонентов и фаз, находится в равновесии и чему равно число степеней свободы в каждой из указанных позиций. Ответьте, есть ли отклонения от закона Рауля и, если есть, то какие. Определите, какой компонент и в каком количестве нужно при 346 К добавить в систему (N2 = 0,2, масса системы

2 кг) , чтобы перевести ее в пар.

6. Равновесная гетерогенная ( жидкость-пар) двухкомпонентная ( ацетон-сероуглерод) система при 316 К и 1 атм имеет следующий состав: мольная доля сероуглерода в жидкой фазе 0,26, мольная доля сероуглерода в системе 0,40. Масса жидкой фазы 1,0 кг, масса паровой фазы 1,4 кг. Найти мольную долю сероуглерода в паровой фазе.

 

Вариант 4

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения 1-бутанола.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости толуола в интервале от 0 до 130 °C, привлекая для этого [4].

2. Имеется раствор вода-гидроксид калия с массой 0,845 кг и мольным объемом 1,756 ×10 – 5 м3/моль. Мольная доля гидроксида калия в нем равна 0,074. Определить общее число молей и объем раствора, его удельный объем, мольную массу и удельное число молей, плотности массы и плотность общего числа молей, массы и числа молей компонентов, их массовые доли, плотности чисел молей и масс.

3.а) Плотность массы раствора вода-пропанол при 293 К и 105 Па составляет

886,9 кг/ м3 при массовой доле пропанола 0,6. Парциальный мольный объем спирта в растворе равен 7,501 ×10–5 м3 /моль. Рассчитать парциальный мольный объем воды.

б). Плотность массы раствора вода-этанол (с массовой долей этанола 0,6), плотности масс воды и этанола в чистом виде равны соответственно: 887,0; 997,1; 785,1 ( кг/ м3). Рассчитать мольное изменение объема при смешении.

4. Как изменится энтропия при нагревании 1 моль хлорида натрия от 298 до

1094 К. Мольная изобарная теплоемкость жидкого хлорида натрия равна

66,53 Дж/(моль К). Необходимые для расчета данные взять из [4].

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 500 К и 1 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = 1,295, газы близки к идеальным.

6. Давление пара этанола при 70 °C и 80 °C соответственно равно 0,750 ×10 5 Па и 1,082 ×10 5 Па. Рассчитать удельную теплоту испарения.

7. При 298 К давление насыщенного пара над чистой водой равно 23,76 мм рт. ст. Рассчитать (выразить в Па) давление насыщенного пара при той же температуре над раствором 5 г мочевины в 210 г воды, считая раствор идеальным.

Рейтинговое домашнее задание

1. В таблице приведены данные о зависимости удельной изобарной теплоемкости двухкомпонентного жидкого раствора вода (1 компонент) - этанол

(2 компонент) от массы этанола m2 при постоянной массе воды m1 = 0,5 кг

(Т = 298К, р = 1 атм):

m2, кг	0,000	0,056	0,125	0,214	0,333	¥
, Дж/К· кг	4180	4320	4375	4294	4104	2440

Постройте график зависимости изобарной теплоемкости раствора Ср (Дж/К) от числа молей этанола n2 в табличной форме и построить ее график; определите парциальные мольные изобарные теплоемкости обоих компонентов при мольной доле 2-го компонента N2 = 0,10; вычислите для тех же компонентов при той же N2 парциальные мольные изобарные теплоемкости смешения Dm и Dm.

2. Кристаллическая соль KCl массой 0, 745 кг имела в начальном состоянии

(1 атм) при температуре 303 К мольный объем 3,76 ×10–5 м3/моль. При постоянном давлении 1 атм ее перевели в конечное состояние с температурой 252 К. Полагая, что коэффициент изобарной расширяемости ( 0,108 × 10–3) и мольная изобарная теплоемкость в данном интервале температур постоянны, вычислите мольные и полные изменения объема, энтропии и энтальпии при переходе из начального состояния в конечное.

2. При температуре 598 К рассчитать значения стандартной мольной энтальпии, стандартной мольной энтропии, стандартной мольной энергии Гиббса реакции . Определить, возможно ли самопроизвольное протекание газовой реакции слева направо при этой температуре. В какую сторону будет смещаться равновесие данной реакции при изобарическом повышении температуры? Исходная смесь соответствует стехиометрическому составу, газы близки по свойствам к идеальным.

3. При 500 К и 1 атм в системе протекают следующие реакции, характеризующие полимеризацию пропилена:

1. = 7,19

2. ( транс-2-гексен) = 8,9

Найти равновесный состав, если исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, продуктов реакции в начальный момент нет.

5. Для чистой воды известны температурные зависимости давления насыщенного пара при равновесии

жидкость-пар	p, Па 871,2 255 Т, К 317,5
Кристаллы-пар	p, Па 54,6 Т, К 273

В тройной точке плотности массы чистой воды в кристаллическом и жидком агрегатном состоянии равны соответственно 918 и 1000 кг/ м3. Определите графически координаты тройной точки и величины мольных теплот испарения и возгонки; определите мольную теплоту плавления, мольную энтропию плавления и мольную энергию Гиббса плавления; найдите температуру плавления вещества при давлении 120100 Па.

6. Гетерогенная система (жидкость-пар) содержит два компонента – ацетон и сероуглерод и равновесна при 316 К и 1 атм. Масса сероуглерода в жидкой фазе 2,0 кг, масса сероуглерода в паровой фазе 1,8 кг. Мольная доля сероуглерода в жидкой фазе 0,26, мольная доля сероуглерода в паровой фазе 0,51. Найти массу системы.

Вариант 5

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения воды.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости о-ксилол в интервале от 0 до 200 °C, привлекая для этого [4].

2. Водно-глицериновый раствор, занимающий объем 5,245 ×10 -3 м3, имеет плотность массы 1208 кг/ м3 . Мольная доля глицерина в нем составляет 0,435. Рассчитать массу и общее число молей раствора, его мольный и удельный объемы, плотность общего числа молей, мольную массу и удельное число молей, массы и числа молей компонентов, их массовые доли, плотности масс и чисел молей, мольную долю воды.

3.Определить графически парциальный мольный объем воды и рассчитать парциальный мольный объем сульфата калия в водном растворе с мольной долей его, равной 0,0085 , по следующим данным:

0,01 0,04 0,06 0,08 0,10

v уд ×104, м3/кг 9,94 9,7 9,55 9,40 9,25

4. Вычислить изменение энтропии нагревания до 323 К одного моля аргона (газ считать идеальным), занимающего при 15 оС объем 23,64 л, если конечный объем 26,51 л.

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 700 К и 1 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = 4,718, газы идеальные.

6. Давление пара бензола при 20 °C и 30 °C соответственно равно 0,1 ×10 5 Па и 0,157×10 5 Па. Рассчитать мольную теплоту испарения.

7. При давлении 1,013 × 10 5 Па определить температуру кипения раствора нелетучего вещества с мольной долей N2 = 0,02 в толуоле

Рейтинговое домашнее задание

1. В таблице приведена зависимость плотности массы r двухкомпонентного жидкого раствора метанол (1 компонент) – ацетон (2 компонент) от массовой доли j 2 второго компонента ( Т= 298 К, р = 1 атм)

j 2	0,00	0,08	0,32	0,50	0,76	0,88	1,00
r, кг/м3	796	797,6	800,5	801,5	800,7	799,2	790,0

Постройте график зависимости объема раствора от числа молей компонента 2 при постоянной массе метанола 0,20 кг и найдите с помощью полученного графика парциальные мольные объемы v 1 и v 2 обоих компонентов 1 и 2 в растворе, где мольная доля второго компонента N2 = 0,25; вычислите для тех же компонентов 1 и 2 при той же N2 парциальные мольные объемы смешения Δ v 1m и Δ v 2 m

2.Жидкий метанол массой 0,32 кг имел в начальном состоянии ( 1 атм) при температуре 273 К мольный объем 3,95 ×10–5 м3/моль. При постоянном давлении 1 атм его перевели в конечное состояние с температурой 323 К. Полагая, что коэффициент изобарной расширяемости ( 1,19 × 10–3) и мольная изобарная теплоемкость в данном интервале температур постоянны, вычислите мольные и полные изменения объема, энтропии и энтальпии при переходе из начального состояния в конечное.

3. При температуре 833 К рассчитать значения стандартной мольной энтальпии, стандартной мольной энтропии, стандартной мольной энергии Гиббса реакции . Определить, возможно ли самопроизвольное протекание газовой реакции слева направо при этой температуре. В какую сторону будет смещаться равновесие данной реакции при изобарическом повышении температуры? Исходная смесь соответствует стехиометрическому составу, газы близки по свойствам к идеальным.

4. При 800 К и 1 атм протекает гидрокрекинг н-додекана. Возможны реакции:

1) = 35,6

2) = 33,6

Известно, что исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, продуктов в начальный момент нет. Рассчитать равновесный состав.

5. На основании приведенных данных о составах жидкой и паровой фаз при различных температурах постройте диаграмму фазового состояния системы бензол ( 1 компонент) – пропанолкомпонент)

Т, К	353	349	346	345	344,5	346	349	355
	0	0,03	0,06	0,2	0,41	0,7	0,85	1
	0	0,15	0,27	0,35	0,41	0,53	0,67	1

Обозначьте все поля, линии и характерные точки на этой диаграмме и укажите, сколько компонентов и фаз, находится в равновесии и чему равно число степеней свободы в каждой из указанных позиций. Ответьте, есть ли отклонения от закона Рауля и, если есть, то какие. Определите, какой компонент и в каком количестве нужно при 348 К добавить в систему (N2 = 0,1, масса системы 2 кг) , чтобы перевести ее в пар

6. Гетерогенная система (жидкость-пар) содержит два компонента – этанол и воду и равновесна при 343 К и 0,65 атм. Масса воды в жидкой фазе 2,5 кг, масса воды в паровой фазе 1,61 кг. Мольная доля воды в жидкой фазе 0,612, мольная доля воды в паровой фазе 0,386. Найти мольную долю воды в системе.

Вариант 6

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения гексана

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости воды в интервале от 0 до 150 °C, привлекая для этого [4].

2. Водный раствор уксусной кислоты, содержит 0,109 кг воды и имеет объем 0,500 ×10 -3 м3 . Плотность массы уксусной кислоты в нем равна 855,9 кг/ м3. Определить общее число молей и массу раствора, его мольный и удельный объемы, мольную массу и удельное число молей, плотности числа молей и массы, плотности чисел молей компонентов, их мольные и массовые доли, числа молей, плотность массы воды и массу уксусной кислоты.

3. а) Мольный объем раствора вода-пропанол при 293 К и 105 Па составляет

3,503 ×10–5 м3 /моль при массовой доле пропанола 0,6. Парциальный мольный объем спирта в растворе равен 7,501 ×10–5 м3 /моль. Рассчитать парциальный мольный объем воды.

б). Плотность массы раствора вода-этанол (с массовой долей этанола 0,8), плотности масс воды и этанола в чистом виде равны соответственно: 839,1; 997,1; 785,1 ( кг/ м3). Рассчитать мольное изменение объема при смешении.

4. Найти изменение энтропии при нагревании от 150 до 200 оС одного моля водорода ( газ считать идеальным) с давлением 5 атм, если при постоянном объеме конечное давление достигнет 5,59 атм.

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 1300 К и 0,5 атм следующей реакции

(триметилбензол). Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, =3,74, газы идеальные.

6. Температура кипения бутанола под давлением 1,013×10 5 Па равна 117,8 °C и удельная теплота испарения 591,2 кДж/кг. Какая температура кипения бутанола при давлении 1,000 ×10 5 Па?

7. Температура кристаллизации водного раствора серной кислоты при значении ее массовой доли равной 0,118 составляет 274,3 К. Рассчитать коэффициент активности воды в этом растворе, если мольная теплота плавления чистой воды равна 6020 Дж/моль.

Рейтинговое домашнее задание

1. В таблице приведена зависимость изобарной теплоемкости двухкомпонентного жидкого раствора вода (1 компонент) - гидроокись калия (2 компонент) от массы КОН m2 при постоянной массе воды m1=0,5 кг

m2, кг	0,000	0,081	0,125	0,174	0,307	0,500
Сp, Дж/К	2090	2010	2031	2056	2242	2491

(Т = 298 К, р = 1 атм):