Физическая химия, Сборник задач домашних заданий (стр. 5 )

5 кг) , чтобы перевести ее в пар.

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 мольную долю сероуглерода в системе.

 

Вариант 13

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения толуола.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости циклопентана в интервале от 0 до 100 °C, привлекая [4].

2. Водно-метаноловый раствор с плотностью массы метанола 536,8 кг/ м3 имеет массу 2,10 кг и мольный объем 2,728 ×10 –5 м3/моль. Определить общее число молей и объем раствора, его мольную массу и удельное число молей, плотности общего числа молей и массы, удельный объем, числа молей и массы компонентов, их массовые и мольные доли, плотности чисел молей и плотность массы воды.

3. Определить графически парциальный мольный объем воды и рассчитать парциальный мольный объем сульфата лития в водном растворе с мольной долей его, равной 0,0075 , по следующим данным:

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

, кг/м3 168 1086

4. Сравнить изменения энтропии при нагревании 10 г азота ( считать азот идеальным газом) от 273 до 373 К в случае двух процессов: а) нагрев при постоянном давлении; б) нагрев при постоянном объеме.

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 400 К и 1 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = 2,617 , газы подчиняются законам идеальных газов

6. Давление пара этилового эфира при 20 °C равно 0,577×10 5 Па, а при 30 °C 0,846 ×10 5 Па. Определить мольную теплоту испарения эфира.

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

Рейтинговое домашнее задание

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

j 2	0	0,07	0,23	0,36	0,54	0,69	0,80	1,00
r, кг/м3	785,9	779,2	764,0	758,5	738,5	728,0	720,9	708,0

Постройте график зависимости объема раствора от числа молей компонента 2 при постоянной массе ацетона 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 = 0,4; вычислите при той же N2 парциальные мольные объемы смешения Δ v 1m и Δ v 2 m

2. Кристаллическая соль KNO3 массой 0,55 кг имела в начальном состоянии

( 1 атм) при температуре 273 К мольный объем 4,78 ×10–5 м3/моль и мольную изобарную теплоемкость 96,29 Дж/(К моль). При постоянном давлении 1 атм ее перевели в конечное состояние с температурой 343 К. Полагая, что коэффициент изобарной расширяемости ( 0,181 × 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 в системе протекают следующие реакции

1. = 0,471

2. =0,482

Известно, что в начальный момент времени количество исходного вещества равно 1 моль, продуктов реакции в начальный момент нет.

Рассчитать равновесный состав.

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

жидкость-пар	p, Па 753 Т, К 272,6 282,5 293,2 314,2 331,4
Кристаллы-пар	p, Па 190,6 33 Т, К 226,7 240,4 248,2 256,4 265

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 150500 Па.

6. В равновесии при 322К и 1 атм находится парожидкостная двухкомпонентная система «ацетон - сероуглерод ». Масса жидкой фазы 2,0 кг, масса паровой фазы 2,0 кг. Мольная доля сероуглерода в жидкой фазе 0,10, мольная доля сероуглерода в паровой фазе 0,28. Найти массу сероуглерода в системе.

Вариант 14

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения уксусной кислоты.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости муравьиной кислоты в интервале от 0 до 80 °C, привлекая [4].

2. Раствор, полученный смешением аммиака с водой, имеет массу 1,258 кг. Его мольный объем и плотность числа молей аммиака в нем равны соответственно 1,983 × 10–5 м3/моль и 15900 моль/ м3. Определить общее число молей и объем раствора, его мольную массу и удельное число молей, плотности массы и плотность общего числа молей, удельный объем, числа молей и массы компонентов, их мольные и массовые доли, плотности масс, а также плотность числа молей воды в растворе.

3. а). Плотность массы раствора вода-метанол при 293 К и 105 Па составляет 989,6 кг/ м3 при мольной доле метанола 0,4575. Парциальный мольный объем спирта в растворе равен 3,937 ×10–5 м3 /моль. Найти парциальный мольный объем воды.

б). Плотность массы раствора вода– метиловый спирт (с массовой долей метанола 0,6), плотности масс воды и метанола в чистом виде равны соответственно: 894,6; 998,2 и 791,7 ( кг/ м3). Рассчитать мольный объем смешения.

4. Найти изменение энтропии в процессе превращения 100 г воды, взятой при

273 К в пар при 393 К. Необходимые для расчета данные взять из [4].

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 600 К и 1 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, =1,27 , газы считать идеальными.

6. Давление пара этилового эфира при 10 °C равно 0,382×10 5 Па, а при 20 °C 0,577 ×10 5 Па. Определить мольную теплоту испарения эфира.

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 13 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) - азотная кислота (2 компонент) от массы кислоты m2 при постоянной массе воды m1 = 0,5 кг

(Т = 298 К, р = 1 атм):

m2, кг	0,000	0,125	0,214	0,333	0,75	2,0
Сp, Дж/К	2090	2094	2272	2508	3360	5650

Постройте график зависимости изобарной теплоемкости смешения раствора

DС рm от числа молей кислоты n2 , имея в виду, что удельные изобарные теплоемкости чистых компонентов 1 и 2 равны 4180 и 1760 Дж/К×кг; Определите для обоих компонентов их парциальные мольные изобарные теплоемкости смешения D m и Dm при мольной доле 2-го компонента N2 = 0,25; вычислите для тех же компонентов при той же N2 парциальные мольные изобарные теплоемкости и .

2. Жидкий метанол массой 3,66 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 323 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 837 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 700 К, 1 атм и может быть описан следующими реакциями:

1. =827

2. =763

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 398 К добавить в систему (N2 = 0,2; масса системы

1 кг) , чтобы перевести ее в пар.

6. В равновесии при 332К 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 массу бензола в системе.

Вариант 15

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения хлорбензола.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости SO2Cl2 в интервале от 0 до 120 °C, привлекая для этого [4].

2. Общее число молей в растворе, состоящем из воды и серной кислоты, равно 28,520 моль. Плотность массы раствора и плотность массы серной кислоты в нем составляют соответственно 1730 кг/ м3 и 1389 кг/ м3 . Вычислить массу и объем раствора, его мольную массу и удельное число молей, плотность общего числа молей, мольный и удельный объемы, массы и числа молей того и другого компонентов, их массовые и мольные доли, плотности чисел молей и плотности массы воды в растворе.

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

, кг/м3 164 1081

4. Найти изменение энтропии при переходе трех молей кислорода от объема 33,6 л под давлением в 2 атм к объему 67,2 л под давлением 1 атм. Считать кислород идеальным газом.

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 400 К и 1 атм следующей реакции . Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = - 0,578 , газы считать идеальными.

6. Определить нормальную температуру кипения этилового эфира, если давление его паров при 30 °C равно 0,846 ×10 5 Па, а мольная теплота испарения

28367,52 кДж/кмоль.

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

Рейтинговое домашнее задание

1. Для двухкомпонентного жидкого раствора ацетон (1компонент) - диэтиловый эфир (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	0,052	0,188	0,309	0,483	0,749	1,00
v ×105, м3/моль	7,39	7,562	7,996	8,374	8,909	9,717	10,46

Постройте график зависимости мольного объема смешения раствора Dv m от N2 и определите для обоих компонентов парциальные мольные объемы смешения D v 1m и D v 2 m при N2 = 0,6; вычислите для тех же компонентов при той же N2 парциальные мольные объемы v 1 и v 2.

2. Кристаллическая соль KCl массой 6,8 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 353 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 578 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 900 К и давлении 1 атм протекает пиролиз пропана, согласно следующим реакциям:

1. = 0,459

2. = 226

Известно, что в начальный момент количество пропана 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 759 Т, К 272,6 ,3 318,5 331,4
Кристаллы-пар	p, Па 190,6 33 Т, К 226,7 ,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 190000 Па.

6. В равновесии при 322К и 1 атм находится парожидкостная двухкомпонентная система «ацетон - сероуглерод ». Масса жидкой фазы 2,0 кг, масса паровой фазы 2,0 кг. Мольная доля сероуглерода в жидкой фазе 0,10, мольная доля сероуглерода в паровой фазе 0,28. Найти массу ацетона в системе.

Вариант 16

Обязательное домашнее задание

1. а) Определить энергию активации вязкого течения хлороформа.

б). Изобразите графически температурную зависимость мольной изобарной теплоемкости этанола в интервале от 0 до 170 °C, привлекая для этого [4].

2. В растворе вода-хлороводород с общим числом молей 38,45 моль и плотностью массы 1100 кг/ м3 массовая доля хлороводорода составляет 0,200. Найти массу и объем раствора, его мольную массу и удельное число молей, мольный и удельный объемы, плотность общего числа молей, массы и числа молей компонентов, их мольные доли, плотности масс и чисел молей, а также массовую долю воды.

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

42,731 ×10–5 м3 /моль при мольной доле метанола 0,4575. Парциальный мольный объем спирта в растворе равен 3,937 ×10–5 м3 /моль. Рассчитать парциальный мольный объем воды.

б). Плотность массы раствора вода – метиловый спирт (с массовой долей метанола 0,8), плотности масс воды и метанола в чистом виде равны соответственно: 846,9; 998,2 и 791,7 (кг/ м3). Рассчитать мольный объем смешения.

4. Найти возрастание энтропии при смешении 0,0001 м3 водорода при 303 К с 0,0002 м3 азота при 290 К ( давление обоих газов 1 атм, их можно считать идеальными смешение происходит в сосуде с постоянным объемом).

5. Вычислить состав равновесной смеси, образующейся в результате протекания в газовой фазе при 900 К и 1 атм следующей реакции Исходные вещества взяты в стехиометрических количествах, = 1,398 , газы считать идеальными.