Физическая химия, Сборник задач домашних заданий (стр. 3 )

Постройте график зависимости изобарной теплоемкости смешения раствора DС рm от числа молей гидроокиси калия n2 , имея в виду, что удельные изобарные теплоемкости чистых компонентов 1 и 2 равны 4180 и 2432 Дж/К×кг; Определите для обоих компонентов их парциальные мольные изобарные теплоемкости смешения D m и Dm при мольной доле 2-го компонента N2 = 0,2; вычислите для тех же компонентов при той же N2 парциальные мольные изобарные теплоемкости и .

2. Жидкая вода (10,5 кг) имела при температуре 303 К и 1 атм плотность массы 996 кг/ м3. При постоянном давлении 1 атм ее перевели в конечное состояние с температурой 353 К. Полагая, что коэффициент изобарной расширяемости ( 0,262 × 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 951 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 900 К и 1 атм протекает гидрокрекинг н-додекана. Возможны реакции:

1) = 1,32

2) = 1,07

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

5. Для чистого бензола известны температурные зависимости давления насыщенного пара при равновесии

жидкость-пар	p, Па 56 Т, К ,7 294,1 ,4
Кристаллы-пар	p, Па 190,6 30 Т, К 239,8 253,6 ,6 280

В тройной точке плотности массы чистого бензола в кристаллическом и жидком агрегатном состоянии равны соответственно 893 и 890 кг/м3 . Постройте график зависимости давления насыщенного пара от температуры и график зависимости логарифма давления насыщенного пара от обратной температуры. Определите координаты тройной точки. Рассчитайте графически мольные теплоты испарения и возгонки, полагая, что они не зависят от температуры. Определите мольную теплоту плавления. Найдите температуру плавления вещества при давлении 87107 Па.

6. В равновесии при 316 К и 1 атм находится парожидкостная двухкомпонентная система «ацетон - сероуглерод ». Масса жидкой фазы 5,0 кг, масса паровой фазы 5,0 кг. Мольная доля сероуглерода в жидкой фазе 0,26, мольная доля сероуглерода в паровой фазе 0,51. Найти массу ацетона в системе.

 

Вариант 7

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения диэтилового эфира.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости толуола в интервале от 0 до 140 °C, привлекая для этого [4].

2. Водно-этаноловый раствор с массовой долей этанола 0,360 содержит 0,366 кг воды и занимает объем 0,800 × 10-3 м3 . Рассчитать общее число молей и массу раствора, его мольную массу и удельное число молей и массы, числа молей компонентов, их мольные доли, плотности чисел молей и масс, массу этанола и массовую долю воды.

3. Определить графически парциальный мольный объем воды и рассчитать парциальный мольный объем нитрата 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 9,96 9,77 9,65 9,53 9,41

4. Найти изменение энтропии при переходе двух молей водорода от объема

30 л под давлением 2 атм к объему 100 л под давлением 1 атм. Водород считать идеальным газом.

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 500 К и 15 атм следующей реакции

.Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = - 2,145, газы считать идеальными.

6. Удельная теплота испарения диэтилового эфира 360,2 кДж/кг при температуре кипения 34,66 °C под давлением 1,013 ×10 5 Па.

Определить давление пара при 36,5 °C.

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 12 г глюкозы в 120 г воды, считая раствор идеальным.

Рейтинговое домашнее задание

1. Для двухкомпонентного жидкого раствора метанол (1компонент) - ацетон

(2 компонент) имеется в табличной форме опытная зависимость мольного объема v от мольной доли 2-го компонента N2 (Т = 298 К, р = 1 атм):

N2	0,00	0,05	0,20	0,36	0,64	0,80	1,00
v ×105, м3/моль	4,025	4,166	4,663	5,163	6,071	6,624	7,352

Постройте график зависимости мольного объема смешения раствора D v m от N2 и определите для обоих компонентов парциальные мольные объемы смешения D v 1m и D v 2 m при N2 = 0,4; вычислите для тех же компонентов при той же N2 парциальные мольные объемы v 1 и v 2.

2. Жидкий бензол массой 0,78 кг имел в начальном состоянии ( 1 атм) при температуре 293 К плотность массы 879 кг/м3 .При постоянном давлении 1 атм его перевели в конечное состояние с температурой 340 К. Полагая, что коэффициент изобарной расширяемости ( 1,21 × 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 679 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, Начальное количество пропена 3 моль, бутана 1 моль, продуктов реакции в начальный момент нет.

5. Для чистого бензола известны температурные зависимости давления насыщенного пара при равновесии

жидкость-пар	p, Па 56 Т, К ,6 ,4 333,8
Кристаллы-пар	p, Па 5330 Т, К 236,5 ,4

В тройной точке плотности массы чистого бензола в кристаллическом и жидком агрегатном состоянии равны соответственно 893 и 890 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 82500 Па.

6. В равновесии при 332 К и 1 атм находится парожидкостная двухкомпонентная система «сероуглерод – бензол». Масса жидкой фазы 2,5 кг, масса паровой фазы 2,5 кг. Мольная доля бензола в жидкой фазе 0,642, мольная доля бензола в паровой фазе 0,338. Найти мольную долю бензола в системе и массу сероуглерода в системе.

Вариант 8

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения о-ксилола.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости гексана в интервале от 0 до 120 °C, привлекая для этого [4].

2. Концентрация метанола в водно-метаноловом растворе равна 21172 моль/ м3. Раствор массой 1,25 кг содержит 13,333 моль воды. Определить общее число молей и объем раствора, его мольную массу и удельное число молей, мольный и удельный объем, плотности общего числа молей и массы, плотности масс компонентов, их массы, мольные и массовые доли, число молей метанола.

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

2,846 ×10–5 м3 /моль при мольной доле этанола 0,2811. Парциальный мольный объем спирта в растворе равен 5,687 ×10–5 м3 /моль. Рассчитать парциальный мольный объем воды

б). Плотность массы раствора вода–пропанол (с массовой долей пропанола 0,5), плотности масс воды и пропанола в чистом виде равны соответственно: 910,4; 998, 2 и 1258 ( кг/ м3). Рассчитать мольное изменение объема при смешении.

4. Рассчитать изменение энтропии при нагревании 1 моль этанола от 298 до 400 К. Необходимые для расчета данные взять из справочника [4].

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 464 К и 1 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = - 0,126, газы считать идеальными.

6. Давление пара CCl4 0,828 ×10 5 Па при 70 °C и 1,122 ×10 5 Па при 80 °C. Рассчитать мольную теплоту испарения четыреххлористого углерода.

7. При давлении 1,013 × 10 5 Па определить температуру кипения раствора нелетучего вещества с мольной долей N2 = 0,01 в бензоле.

Рейтинговое домашнее задание

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

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

(Т = 298К, р =1 атм):

m2, кг	0,000	0,125	0,333	0,75	2,0	¥
, Дж/К· кг	4180	4082	3872	3515	2972	2153

Постройте график зависимости изобарной теплоемкости раствора Ср (Дж/К) от числа молей ацетона n2 в табличной форме и построить ее график; определите парциальные мольные изобарные теплоемкости обоих компонентов при мольной доле 2-го компонента N2 =0,1; вычислите для тех же компонентов при той же N2 парциальные мольные изобарные теплоемкости смешения Dm и Dm.

2. Кристаллическая соль KNO3 массой 3,45 кг имела в начальном состоянии

( 1 атм) при температуре 283 К плотность массы 2107 кг/ м3 и мольную изобарную теплоемкость 96,29 Дж/(К моль). При постоянном давлении 1 атм ее перевели в конечное состояние с температурой 353 К. Полагая, что коэффициент изобарной расширяемости

( 0,186 × 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 742 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. Найти равновесный состав системы, в которой при 600 К и давлении 1 атм протекает процесс ароматизации н-октана, согласно следующим реакциям:

1. = 216

2. = 104

Известно, что исходное вещество взято в количестве 1 моль, продуктов реакции в начальный момент времени нет.

5. На основании приведенных данных о составах жидкой и паровой фаз при различных температурах постройте диаграмму фазового состояния системы бензол ( 1 компонент) - метанол ( 2 компонент)

Т, К	404	398	392	390	389	388	389	391
	0	0,08	0,20	0,34	0,45	0,67	0,85	1
	0	0,23	0,41	0,50	0,57	0,67	0,77	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 393 К добавить в систему (N2 = 0,3; масса системы

1 кг) , чтобы перевести ее в пар

6. При 318 К парожидкостное равновесие в двухкомпонентной системе : вода-перекись водорода, где паровая фаза близка к идеальному газовому раствору, характеризуются следующими данными:

р, Па	9384	3066	1040
массовая доля перекиси водорода в паровой фазе	0	0,28	1,0
массовая доля перекиси водорода в жидкой фазе	0	0,74	1,0

Найти коэффициент активности воды для жидкой фазы с массовой долей перекиси водорода в ней 0,74.

 

Вариант 9

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения метанола.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости циклогексана в интервале от 0 до 100 °C, привлекая для этого справочные данные [4].

2. Массовая доля и плотность числа молей глицерина в водно-глицериновом растворе с общим числом молей 45,680 равны соответственно 0,105 единиц и 7520 моль/ м3. Рассчитать массу и объем раствора, его мольный и удельный объемы, мольную массу и удельное число молей, плотности массы и общего числа молей, массы и числа молей компонентов, их плотности масс, мольные доли, плотности числа молей.

3. Определить графически парциальный мольный объем воды и рассчитать парциальный мольный объем нитрата натрия 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 9,95 9,75 9,62 9,49 9,37

4. Как изменится энтропия 2 моль гексана, если его охладить от 380 К до 298К? Необходимые для расчета данные взять из справочника [4].

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 400 К и 0,5 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, =1,15 , газы подчиняются законам идеальных газов.

6. Давление пара этиламина при 5,8 °C и 16,2 °C соответственно равно

0,642 ×10 5 Па и 1,000 ×10 5 Па. Рассчитать мольную теплоту испарения этиламина.

7. Температура кристаллизации водного раствора серной кислоты при значении ее массовой доли равной 0,109 составляет 276,2 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 плотности массы r двухкомпонентного жидкого раствора сероуглерод (1 компонент) – ацетон (2 компонент) от массовой доли j 2 второго компонента ( Т= 298 К, р = 1 атм)

j 2	0,00	0,13	0,29	0,35	0,48	0,60	0,87	1,0
r, кг/м3	1257	1153	1058	1024	962,1	914,9	824	788

Постройте график зависимости объема раствора от числа молей компонента 2 при постоянной массе сероуглерода 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 = 0,5; вычислите при той же N2 парциальные мольные объемы смешения Δ v 1m и Δ v 2m.