Физическая химия, Сборник задач домашних заданий (стр. 4 )

2. Кристаллическая соль KCl массой 12,8 кг имела в начальном состоянии

( 1 атм) при температуре 283 К плотность массы 1990 кг/ м3 .При постоянном давлении 1 атм ее перевели в конечное состояние с температурой 343 К. Полагая, что коэффициент изобарной расширяемости ( 0,106 × 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 1000 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 1000 К и давлении 1 атм протекает пиролиз пропана, согласно следующим реакциям:

1. = 2,41

2. = 639

Известно, что в начальный момент количество пропана равно 1 моль, продуктов реакции в начальный момент нет.

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

жидкость-пар	p, Па 525 Т, К ,3 312,5 333,8
Кристаллы-пар	p, Па 6 5330 Т, К ,6 280

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 102500 Па.

6. Равновесная гетерогенная ( жидкость-пар) двухкомпонентная ( пиридин – метанол) система при 318 К и 0,2 атм имеет следующий состав: мольная доля метанола в жидкой фазе 0,34, мольная доля метанола в системе 0,50. Масса жидкой фазы 2,0 кг, масса паровой фазы 0,82 кг. Найти массу пиридина в системе и мольную долю метанола в паровой фазе..

 

Вариант 10

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения нитробензола.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости перекиси водорода в интервале от 0 до 200 °C, привлекая [4].

2. Водно-аммиачный раствор, где мольная доля и плотность числа молей аммиака равны соответственно 0,220 единиц и 11280 моль/ м3, обладает массой 0,825 кг. Определить общее число молей и объем раствора, его мольную массу и удельное число молей, мольный и удельный объемы, плотности общего числа молей и массы, числа молей и массы компонентов, их плотности масс, массовые доли, плотность числа молей и мольную долю воды.

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

1,099 ×10–3 м3/кг при массовой доле этанола 0,5. 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 0,7), плотности масс воды и пропанола в чистом виде равны соответственно: 863,4; 998, 2 и 1258 ( кг/ м3). Рассчитать мольное изменение объема при смешении.

4. Циклогексан в количестве 2 моль нагревается от 298 до 390 К. Найти изменение энтропии. Необходимые для расчета данные взять из [4].

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 500 К и 2 атм следующей реакции. Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = 2,941, газы считать идеальными.

6. Давление пара четыреххлористого углерода 0,828 ×10 5 Па при 70 °C, теплота испарения 1 кмоль ССl4 30781,688 кДж/кмоль. Рассчитать нормальную температуру кипения.

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

Рейтинговое домашнее задание

1. В таблице приведена зависимость изобарной теплоемкости двухкомпонентного жидкого раствора вода (1 компонент) - этанол

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

(Т = 298 К, р = 1 атм):

m2, кг	0,000	0,057	0,125	0,214	0,333	0,500
Сp, Дж/К	2090	2400	2734	3067	3420	4152

Постройте график зависимости изобарной теплоемкости смешения раствора

DС рm от числа молей этанола 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. Жидкий метанол массой 8,95 кг имел в начальном состоянии ( 1 атм) при температуре 283 К плотность массы 801 кг/м3. При постоянном давлении

1 атм его перевели в конечное состояние с температурой 333 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 438 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, где при 500 К и 1 атм осуществляется процесс изомеризации 1-бутена по следующим реакциям:

1. (цис) = 2,05

2. (транс) =3,60

Известно, что начальное количество бутена равно 1 моль, продуктов реакции в начальный момент нет.

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

жидкость-пар	p, Па 746 Т, К 272,6 ,5 311,5 324,7
Кристаллы-пар	p, Па 5333 Т, К 224,5 ,4 251,5 265

В тройной точке плотности массы чистого брома в кристаллическом и жидком агрегатном состоянии равны соответственно 3190 и 3120 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 182500 Па

6. Равновесная гетерогенная ( жидкость-пар) двухкомпонентная ( ацетон-сероуглерод) система при 320 К и 1 атм имеет следующий состав: мольная доля сероуглерода в жидкой фазе 0,14, мольная доля сероуглерода в системе 0,25. Масса жидкой фазы 2,0 кг, масса паровой фазы 2 кг. Найти мольную долю сероуглерода в паровой фазе.

Вариант 11

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения октана.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости пентана в интервале от 0 до 110 °C, привлекая для этого [4].

2. Раствор, полученный смешением воды и уксусной кислоты, имеет массу

0,675 кг и мольный объем 2,917 ×10 -5 м3/моль. Массовая доля кислоты в нем равна 0,55. Рассчитать общее число молей 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 и чисел молей, мольные доли.

3. Определить графически парциальный мольный объем воды и рассчитать парциальный мольный объем сульфата лития 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 9,93 9,68 9,52 9,36 9,21

4. Один моль аммиака, находящегося при 298 К и 1 атм нагревают изобарически до тех пор, пока его объем не увеличится втрое. Определить изменение энтропии при этом, считая аммиак идеальным газом.

5 Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 900 К и 0,4 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = - 2,361, газы считать идеальными.

6. Определить давление насыщенного пара четыреххлористого углерода при

60 °C, если ССl4 кипит при 75 °C и 1,013 ×10 5 Па и мольная теплота парообразования равна 30833 Дж/моль.

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

Рейтинговое домашнее задание

1. Для двухкомпонентного жидкого раствора сероуглерод (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	0,165	0,347	0,549	0,659	0,759	1,00
v ×105, м3/моль	6,056	6,336	6,603	6,882	7,019	7,135	7,371

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. Жидкая вода массой 0,22 кг имела в начальном состоянии ( 1 атм) при температуре 303 К мольный объем 1,807 ×10–5 м3/моль. При постоянном давлении 1 атм ее перевели в конечное состояние с температурой 373 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 950 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. Гидрокрекинг н-додекана протекает при 900 К, 1 атм и может быть описан следующими реакциями:

1. =1,32

2. =0,98

Найти равновесный состав, если, начальные количества исходных веществ равны стехиометрическим, 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) - 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 394 К добавить в систему (N2 = 0,3; масса системы 1 кг) , чтобы перевести ее в пар

6. Гетерогенная система (жидкость-пар) содержит два компонента – ацетон и сероуглерод и равновесна при 320 К и 1 атм. Масса сероуглерода в жидкой фазе 2,5 кг, масса сероуглерода в паровой фазе 1,8 кг. Мольная доля сероуглерода в жидкой фазе 0,14, мольная доля сероуглерода в паровой фазе 0,36.

Найти массу системы.

Вариант 12

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения тетрахлорметана.

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

2. Водно-этаноловый раствор с массовой долей этанола 0,55 содержит 25,25 моль воды. Плотность массы этанола в растворе равна 374,1 кг/ м3. Найти общее число молей, массу и объем раствора, его мольную массу и удельное число молей, удельный и мольный объемы, плотности массы и общего числа молей, массы компонентов, их мольные и массовые доли, плотности чисел молей, плотности массы воды.

3. а). Плотность массы раствора вода-этанол при 293 К и 105 Па составляет 909,9 кг/ м3 при массовой доле этанола 0,5. Парциальный мольный объем спирта в растворе равен 5,687 ×10–5 м3 /моль. Рассчитать парциальный мольный объем воды.

б). Плотность массы раствора вода– метиловый спирт (с массовой долей метанола 0,4), плотности масс воды и метанола в чистом виде равны соответственно: 934,5; 998,2 и 791,7 ( кг/ м3). Рассчитать мольный объем смешения.

4. Найти изменение энтропии при смешении 250 см3 азота с 500 см3 кислорода под давлением 800 мм рт ст. при температуре 273 К Газы считать идеальными.

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 500 К и 5 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = 0,192 , газы идеальны.

6. Давление пара этилового эфира при 0 °C равно 0,246 ×10 5 Па, а при 10 °C

0,383 ×10 5 Па. Определить мольную теплоту испарения эфира.

7. Температура кристаллизации водного раствора серной кислоты при значении ее массовой доли равной 0,091 составляет 283,7 К. Рассчитать коэффициент активности воды в этом растворе, если ее мольная теплота плавления чистой воды равна 6020 Дж/моль.

Рейтинговое домашнее задание

1. В таблице приведены данные о зависимости удельной изобарной теплоемкости двухкомпонентного жидкого раствора вода (1 компонент) - уксусная кислота (2 компонент) от массы кислоты m2 при постоянной массе воды

m1 = 0,5 кг (Т=298К, р=1 атм):

m2, кг	0,000	0,0275	0,057	0,088	0,1231	0,2601	¥
, Дж/К· кг	4180	4102	4018	3934	3648	3529	2056

Постройте график зависимости изобарной теплоемкости раствора Ср (Дж/К) от числа молей кислоты n2 в табличной форме и построить ее график; определите парциальные мольные изобарные теплоемкости обоих компонентов при мольной доле 2-го компонента N2 =0,05; вычислите для тех же компонентов при той же N2 парциальные мольные изобарные теплоемкости смешения Dm и Dm.

2. Жидкий бензол массой 0,88 кг имел в начальном состоянии ( 1 атм) при температуре 283 К мольный объем 8,76 ×10–5 м3/моль. При постоянном давлении 1 атм его перевели в конечное состояние с температурой 345 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 730 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 800 К и давлении 1 атм протекает пиролиз пропана, согласно следующим реакциям:

1. = 0,0561

2. = 60,4

Известно, что в начальный момент количество пропана равно 1 моль, 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 пропанон ( 1 компонент) - трихлорметан( 2 компонент)

Т, К	329	330	333	335	336	337	337,6	337	336	334
	0	0,1	0,20	0,35	0,43	0,53	0,67	0,73	0,85	1
	0	0,05	0,11	0,22	0,32	0,47	0,67	0,8	0,91	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 331 К добавить в систему (N2 = 0,1; масса системы