Задачи к лабораторному практикуму по физической химии (стр. 2 )

 

Задача 3. Зависимость энергии Гиббса от температуры для реакции

Аl(ж) + 3/2 Сl2(г) = АlСl3(ж) в температурных пределах 466 - 720 К выражается уравнением

ΔG = - 483000-54,6Тln Т + 6,36*10-3 Т2 -21400/Т + 494Т (Дж). Найдите зависимость от температуры теплового эффекта и энтропии этой реакции.

 

Задача 4. Полезная работа реакции Сu(СН3СОО)2 + Рb = Рb(СН3СОО)2 + Сu равна - 92000 Дж, а тепловой эффект её равен - 69200 Дж. Определить температурный коэффициент (dΔG/dT)P и указать, как надо проводить реакцию, чтобы определить W’равн. и ΔН. Реакция протекает при 298 К.

 

Задача 5. Тепловой эффект реакции СuSО4 + Zn = ZnSО4 + Сu равен - 231000 Дж, а температурный коэффициент работы -293 Дж/К. Вычислите работу этой реакции при 298К.

 

Задача 6. Теплота образования оксида N2О(г) из простых веществ равна при 298К 81,55кДж/моль, а изменение энергии Гиббса при этих условиях составляет 16,5 кДж/моль. Чему равно изменение энтропии в процессе N2(г) + 0,5 O2(г) = N2О(г)?

 

Тема 3. Химическое равновесие. Самопроизвольное направление химической реакции

 

Константа химического равновесия и равновесное превращение

 

Задача 1. Выразить константу равновесия реакции

N2 + 3Н2 = 2НН3 через равновесное превращение (χ равнов), если в системе первоначально находятся по 1 молю каждого из трех веществ и общее давление (Р) сохраняется постоянным. Определите χmin и χmax для этой системы.

 

Задача 2. В сосуд емкостью 0,01835 м3 помещено 42г. N2O4. При 50 установилось давление 0,946•105 Па. В сосуде идет реакция N2O4 = 2 NO2

Вычислить степень диссоциации и константу равновесия.

 

Задача 3. Константа равновесия реакции

PCl5(г) = PCl3 (г) + Cl2(г) равна Кр = 0,255*105 Па при 212 °С. Вычислить Кс, степень диссоциации РС15 и общее давление, если 9,65 г PCl5 в объеме 0,00264 м3 нагреты до 212°С.

 

Задача. 4. При 240°С для реакции H2O= Н2 +1/2 О2 lg Кр = -2,41. Насколько надо повысить давление, чтобы степень диссоциации уменьшилась вдвое, если в начале давление равнялось 0,507 *105 Па?

 

Задача 5. Константа равновесия для реакции N2 + О2 = 2 NO при 2673 К равна 0,0035. Какой выход NO (в об. %) получится из смеси 21 об.% О2 и 79 об.% N2 (воздух)?

Задача 6. Гидроселенид аммония диссоциирует следующим образом:

NH4HSe (тв) = NH3 (г) + H2Se (г)

Выразить Кр через общее давление Р.

Изотерма химической реакции. Стандартное сродство

 

Задача 1. Для реакции Fe3O4 (тв) + СО = 3 FeО (тв) + СО2 при 600°С константа равновесия равна 1,15. Смесь 1 моля Fe3O4, 2 молей СО, 0,5 моля FeО и 2,5 моля СО2 нагрета до 600°С при общем давлении 5 атм. Определите количество каждого вещества при равновесии. В какую сторону идет реакция к равновесию?

 

Задача 2. Определите стандартное сродство и константу равновесия реакции получения хлороводорода 1/2Н2(г) + 1/2Cl2(г) = HCl(г) при 298 К, если известно, что ее стандартный тепловой эффект равен -92,34 *103 Дж/моль, а изменение стандартной энтропии при условии, что парциальные давления реагирующих веществ равны 1,013 *105 Па, составляет 20,05 Дж/моль К.

 

Задача 3. Какое максимальное количество продукта получиться, если константа равновесия реакции разложения циклогексана с образованием бутадиена и этана

C6H12 = C4H6 + C2H6 равна 24,9*105 Па при 300 К, а исходная смесь содержит 6 молей бутадиена и 2 моля этана. Давление в системе 10,13 * 105 Па.

 

Задача 4. Степень диссоциации N2O4 = 2NO2 11 % при Р=1 атм и 273 К. Найти константы равновесия Кр и Кс.

 

Задача 5. Для реакции гидрирования пропилена

C3H6+ Н2 = С3Н8 предложено уравнение: ∆G = 5660/Т - 2,9611nТ + 0,7668 • 10-3Т - 0,1764 •10-6Т2 + 2,19. Найти содержание пропана в равновесной смеси, если исходная смесь содержит 1 моль пропилена и 1 моль водорода при 500К и Р = 1 атм.

 

Задача 6. Степень диссоциации водяного пара

Н2О = Н2 + 1/2 О2 и двуокиси углерода СО2 = СО + 1/2 О2 при 1500 К и 1 атм. соответственно равны 2,21•10-4 и 4,8•10-4. Найти константу равновесия реакции СО + Н2О = СO2 + Н2 при 1500 К.

 

Зависимость константы равновесия от температуры. Принцип смещения равновесий Ле-Шателье

 

Задача 1. Константы равновесия реакции С + 2Н2 = СН4 при 700 и 750 °С соответственно равны 0,195 и 0,1175. Найти тепловой эффект реакции.

 

Задача 2. Установлено, что для электрохимической цепи, в которой протекает реакция

Pb + H2S = PbS + H2, зависимость стандартной э.д.с. от температуры выражается уравнением: Е° = 0,2850 - 0,3325• 10-3( t - 25 ) + 6,15* 10-6( t- 25 )2 Определите зависимость Кр = Кр ( Т ) и ∆Н = ∆Н ( Т ).

 

Задача 3. Константа равновесия реакции Н2 + Сl2 = 2 НС1 может быть выражена уравнением 1n Кр = 9586/Т - 0,44 1g Т + 2,16. Определить тепловой эффект этой реакции при 1000К.

 

Задача 4. Константа равновесия Кр реакции дегидрирования этанола

С2H5ОН (г) = СН3СНО (г) + Н2 (г) при 378 К равна 6,4 • 10-9. Теплоты сгорания этанола и уксусного альдегида соответственно равны (в кДж/моль): - 1412 и - 1196. Теплота образования воды равна -287 кДж/моль. Пользуясь этими данными, рассчитайте константу Кр при 403 К.

 

Задача. 5. Запишите константы равновесия реакций :

Н2(г) + Сl2(г) = 2 НС1 (г) ∆Н = -184,6 кДж/моль

и Н2(г) + J2(тв) = 2 HJ (г) ∆Н = -52,7 кДж/моль

В какую сторону будет смещаться равновесие в этих реакциях

а) при увеличения общего давления в системе,

6) при добавке галогена при постоянном объеме системы,

в) при добавке гелия при постоянном объеме системы,

г) при повышении температуры?

 

Тема 4. Фазовые равновесия

 

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса

 

Задача 1. Зависимость температуры плавления нафталина от давления может быть представлена уравнением:

tпл = 80,1 +0,037*10-5 Р- 186,99*10-18 Р2 (давление выражено в Па). Рассчитать изменение энтальпии при плавлении нафталина, если изменение объема 145,8 см3/кг при давлении 1,0133*105 Па. Результат сопоставить с экспериментальным значением ΔН = 149,8 Дж/г.

 

Задача 2. Определить удельный объем жидкого олова при температуре плавления 232°С ( Р = 1 атм ), если удельная теплота плавления равна 59,413 Дж/г, плотность твердого олова 7,18 г/см3, а dT/dP = 6,8*10-8 К/Па.

 

Задача 3. Температура плавления бензола 5,6°С, разность удельных объемов в жидком и твердом состояниях равна 1,301*10-5 м3/кг. Найти изменение температуры плавления при увеличении давления до 10130*102 Па. Скрытая теплота плавления 128,0 кДж/кг.

 

Задача 4. При каком давлении будет кипеть диэтиламин при 20°С, если нормальная температура кипения 58°С, а теплота парообразования 27844 Дж/моль? (T=780 K)

 

Задача 5. Давление пара бензола при 20 и 30°С соответственно 100 и 157 гПа. Рассчитать молярную теплоту испарения.

 

Задача 6. Синтезировано соединение, предполагаемая формула которого С13Н18О3. До какой температуры нужно нагреть полученную жидкость, чтобы перегнать ее в вакууме с помощью водяного насоса, который дает предельное давление 20 мм Нg? Согласно литературным данным, точка кипения этого вещества 135°С при 9 мм Нg. Какова была бы температура кипения этого соединения при 1 атм., если бы это соединение при нагревании не разлагалось? При расчетах считать, что ΔН испарения мало зависит от температуры, а ΔS в точке кипения при 1 атм для большинства веществ равно 89,9 Дж/моль/К.

 

Свойства разбавленных растворов

 

Задача 1. Выразить концентрацию водного раствора через молярность, моляльность, мольные доли и нормальность.

№	Растворенное вещество	Заданная концентрация вес %	Плотность раствора, г/мл	Температура, С
1	AlCl3	30	1,242	18

 

Задача_2. Определить парциальный мольным объем азотнокислого аммония в воде, если объем раствора, содержащий 20 г NH4NO3 в 100 г раствора, равен 92,35 см3, а объем растворителя в растворе - 80,14 см3.

 

Задача 3. Какова должна быть концентрация водного раствора сахара, чтобы давление пара раствора было на 1 % ниже, давления пара чистой воды?

 

Задача 4. Определить температуру замерзания раствора, температуру кипения и давление паров воды над 0,08 m раствором хлоруксусной кислоты при 25 °С, если она диссоциирует на 13 %. Давление паров воды при 25 °С равно 23,756 мм рт.ст. Криоскопическая постоянная воды 1,86, эбулиоскопическая постоянная воды 0,513.

 

Задача 5. Полностью несмешивающаяся жидкая система, состоящая из воды и органического соединения, кипит при 90 °С и 734 мм.рт.ст. Дистиллят содержит 73 вес. % органического соединения. Каков молекулярный вес и давление пара органического соединения при этой температуре? (Давление насыщенных паров воды при 90°С равно 525,76 мм рт.ст.)

 

Задача 6. Рассчитать растворимость СО2 в воде при 25 °С и 5,065 *105 Па, если константа Генри Ксо2 = 7,492*10-3г/м3/Па.

 

Задача 7. Теплота плавления металлического свинца равна 5188,2 Дж/моль при температуре плавления 327,5 °С. Вычислить температуру замерзания раствора, содержащего 1 мол.% примесей, которые не растворяются в твердом свинце.

 

Задача 8. Рассчитайте идеальную растворимость антрацена в бензоле при 250С в единицах моляльности. Энтальпия плавления антрацена при температуре плавления (2170С) равна 28,8 кДж/моль.

 

Диаграмма плавкости двухкомпонентной системы