Задание

1.13.Чему равно изменение внутренней энергии при испарении 0,3 кг воды при 250С. Удельная теплота парообразования воды λ = 44 кДж/моль. Объемом жидкой воды пренебречь.

Согласно первому закону термодинамики ΔU = Q – A

Q = n·λ

Количество моль воды равно n = m/M = 300/18 = 16,67 моль

Q = 16,67·44 = 733,3 кДж

А = nR(T2 – T1) = 16,67·8,314·(100-25) = 10394 Дж = 10,4 кДж

ΔU = 733,3 – 10,4 = 722,9 кДж

Ответ: 722,9 кДж

2.14.Рассчитать изменение энтропии при превращении 0,1 кг воды, взятой при 00С, в пар при 1200С. Теплота испарения воды при 1000С – 40,6 кДж/моль, теплоемкость жидкой воды – 75,3 Дж/мольК, теплоемкость пара – 360 Дж/мольК.

Общее изменение энтропии будет равно сумме ΔS для процессов нагрева воды от 0 до 1000С, испарение воды, нагрев пара от 100 до 1200С.

ΔS = ΔS1 + ΔS2 + ΔS3

Удельная теплоемкость жидкой воды: 75,3/18 = 4,18 Дж/г·К = 0,00418 кДж/г·К

При нагревании воды от 0 до 1000С

T2

ΔS1 = ∫ mcвdT/T = mcв · ln(T2/T1) = 100·0,00418·ln(373/273) = 0,130 кДж/К

T1

При испарении воды при температуре 1000С:

Удельная теплота испарения воды при 1000С: 40,6/18 = 2,26 кДж/г

2

ΔS2 = ∫dQ/Tп = m·r/Tп = 100·2,26/373 = 0,606 кДж/К

1

При нагревании пара от 100 до 1200С:

Удельная теплоемкость пара: 360/18 = 20 Дж/г·К = 0,02 кДж/К

T2

ΔS3 = ∫ mcвdT/T = mcв · ln(T2/T1) = 100·0,02·ln(393/373) = 0,104 кДж/К

T1

Общая энтропия равна: ΔS = 0,130+0,606+0,104 = 0,84 кДж/К

Ответ: 0,84 кДж/К

3.3.Найти ΔG0, Kp, Kc реакции 2HCl = Cl2 + H2 при температуре 1000 К. Kp сравните с экспериментальным значением lgKp = -5,258.

Выпишем термодинамические характеристики для веществ, принимающих участие в реакции:

	HCl	Cl2	H2
ΔН, кДж/моль	-91,8	0	0
S, Дж/мольК	186,8	222,9	130,52

ΔHр = -ΔН0298,HCl = 91,8 кДж

ΔS = S0298,Cl2 + S0298,H2 – 2· S0298,HCl = 222,9 + 130,52 - 2·186,8 = -20,18 Дж/К

ΔG = ΔH – TΔS = 91,8 + 1000·0,02018 = 111,98 кДж

Изменение энергии Гиббса связано с константой равновесия уравнением:

ΔG = - RTlnKp = -2,3RTlgKp

Откуда lgKp = -ΔG/2,3RT = -111 980/2,3·8,314·1000 = -5,456

Kp =Kc·(RT)Δn

Для данной реакции Δn = 1+1 – 2 = 0, поэтому Kp = Kc

4.21.При повышении температуры на 200С скорость реакции возросла в 9 раз. Чему равен температурный коэффициент этой реакции?

По уравнению Вант-Гоффа

Vt2/Vt1 = γ(t2-t1)/10, где Vt2 и Vt1 - скорости реакции при температурах t2 и t1.

Подставим численные значения: 9 = γ20/10 => γ2 = 9 => γ = 3

Ответ: 3

5.8.Определить концентрацию сахара (С12(Н2О)11) в растворе, если раствор закипает при 100,50С. Эбуллиоскопическая постоянная воды = 0,52.

Повышение температуры кипения раствора над температурой кипения чистого растворителя:

Δt = Em, где m – моляльность раствора.

Δt = 100,5- 100,0 = 0,5

Откуда m = Δt/E = 0,5/0,52 = 0,96 моль/кг

Ответ: 0,96 моль/кг

6.21.Эквивалентная электропроводность раствора уксусной кислоты при 250С и разведении 32 л/экв равна 8,2 Ом-1см-1. Вычислить константу электролитической диссоциации. Подвижность ионов водорода 315 Ом-1см2, ионов СН3СОО - - 35 Ом-1см2.

Уравнения ионных равновесий в водном растворе уксусной кислоты (обозначим кислоту HA) имеют вид:

1. HA + H2O = H3O++ A − ,

2. H2O + H2O = H3O++ OH−.

Если пренебречь реакцией автопротолиза воды (реакция 2) и рассматривать процесс ионизации кислоты с привлечением степени электролитической диссоциации, то равновесные концентрации частиц, присутствующих в водном растворе, и константа ионизации кислоты могут быть выражены следующим образом:

[H3O+] = αc0; [A-] = αc0; [HA] = c0 – αc0 = c0(1-α)

Кион = [H3O+][A-]/[HA] = α2c0/(1-α)

Степень электролитической диссоциации можно найти из данных по электропроводности. Уксусная кислота − это одноосновная кислота, т. е. эквивалентная концентрация ионов равна

Сэкв = 1/V = 0,03 экв/л = 0,03 моль/дм3 = 3·10-5 моль/м3

Предельная эквивалентная электропроводность кислоты по закону Кольрауша

λ∞ = (315+35) = 350 см2/Ом

Степень электролитической диссоциации равна α = λ/λ∞ = 8,2/350 = 0,023

Константа ионизации равна Кион = α2c0/(1-α) = 0,0232·3·10-5/(1-0,023) = 1,62·10-8

Ответ: 1,62·10-8

7.18.Вычислить электродвижущую силу окислительно-восстановительного элемента, составленного из двух полуэлементов А и В. Напишите протекающую в нем реакцию.

Ag/AgNO3

0,30 моль/л

Zn/ZnCl2

0,10 моль/л

Ag | Ag+(0,30 моль/л)║ Zn2+(0,10 моль/л) | Zn

1.Определяем значение jZn/Zn2+ при концентрации равной 0,10 моль/л

jZn/Zn2+ = j 0 Zn/Zn2+ +(0,059/2) ·lg 0,10 = -0,763 + (0,059/2) ·(-1) = - 0,793 (В).

2.Определяем значение jAg/Ag+ при концентрации равной 0,30 моль/л

jAg/Ag+ = j 0 Ag/Ag+ + (0,059/1)· lg 0,30 = 0,79 + (0,059/1) · (-0,53) = 0,759 (В).

Так как jZn/Zn2+ < jAg/Ag+ , следовательно, цинк является анодом, а серебро - катодом.

На аноде происходит процесс окисления, а на катоде - восстановления.

(-) Zn - 2 e - ® Zn2+

(+) Ag+ + 1e - ® Ag

Уравнение токообразующей реакции выглядит следующим образом:

Zn + Ag+ ® Zn2+ + Ag

E = j + - j- = 0,759 - (- 0,793) = 1,552 (В)

Ответ: 1,552 (В)

8.1.Коллоидный раствор получен в результате реакции обмена при смешении равных объемов растворов 0,005 н. AgNO3 и 0,001н. KI. Напишите и объясните формулу мицеллы золя и схему ее строения. Определите, какой из двух электролитов Ba(NO3)2 и K2SO4 будет иметь меньший порог коагуляции.

Образование золя происходит по реакции:

KI + AgNO3 → AgI + KNO3

K+ + I - + Ag+ + NO3- → AgI↓ + K+ + NO3–

Основную часть мицеллы составляет агрегат, состоящий из большого числа атомов или молекул нерастворимого вещества, имеющего кристаллическое или аморфное строение. В данном случае агрегатом является кристаллик иодида серебра, состоящий из m числа молекул [AgI]m. Агрегат обладает запасом свободной энергии и стремиться понизить ее. Поэтому на его поверхности начинаются адсорбционные процессы. Легче и быстрее будут адсорбироваться ионы, имеющиеся в составе агрегата (ионы серебра и йода) и находящиеся в избытке в растворе. По реакции видно, что 1 моль KI взаимодействует с 1 моль AgNO3, т. е. реактив AgNO3 взят в избытке. Следовательно, все ионы йода связываются и удаляются из раствора в виде осадка йодида серебра. В растворе остаются только ионы NO3-, Ag+, K+. Из оставшихся ионов наиболее прочные связи с агрегатом могут образовывать ионы серебра, т. к. они достраивают решетку кристаллического йодида серебра (правило Панета-Фаянса) и образуют ковалентные связи с агрегатом. Связываясь с агрегатом, ионы серебра придают ему положительный заряд, т. е. являются потенциалопределяющими. Образуется ядро мицеллы [AgI]mnAg+. К положительно заряженному ядру из раствора притягиваются противоположно заряженные ионы NO3-, которые формируют адсорбционный слой противоионов.

При этом образуется гранула или частица {[AgI]mnAg+(n-x)NO3-}x+. Частица золя имеет отрицательный заряд.

Оставшаяся часть противоионов образует диффузный (размытый) слой. Ионы диффузного слоя связаны слабее, вследствие экранирования ядра адсорбционным слоем противоионов. Образуется мицелла {[AgI]mnAg+(n-x)NO3-}x+ xNO3-

В представленных электролитах Ba(NO3)2, K2SO4 коагулирующим действием по отношению к полученному золю обладают анионы. Наименьший порог (минимальная концентрация электролита) для коагуляции полученного золя имеет электролит K2SO4, т. к. анион этого электролита двухзарядный и значит он обладает более сильным коагулирующим действием, чем однозарядный анион NO3-.

9.16.Вычислить степень набухания, если известна масса сухого полимера m0 = 0,20 кг и набухшего m = 0,30.

Степень набухания равна Х = (m – m0)·100/m0 = (0,30 – 0,20)·100/0,20 = 50%

Ответ: 50%

10.20.Какими методами можно разрушить аэрозоли?

Разработано много способов разрушения аэрозолей, но любой из них состоит из двух стадий: первая – улавливание дисперсных частиц, отделение их от газа, вторая – предотвращение повторного попадания частиц в газовую среду, это связано с проблемой адгезии уловленных частиц, формированием из них прочного осадка.

Пылеулавливание, главным образом, основано на инерционных или на электрических силах.

Инерционное осаждение проводится с помощью центробежных отделителей, называемых циклонами. К инерционному осаждению можно отнести и мокрое пылеулавливание. В этих случаях главная задача состоит в том, чтобы частицы привести в соприкосновение с каплями жидкости, вместе с которыми они удаляются из аппарата. Мокрое пылеулавливание осуществляется двумя способами:

1) для частиц с d > 2-5 мкм используют скрубберы (полые или с насадкой), мокрые циклоны, барботажные или пенные пылеулавливатели;

2) для частиц с d < 2 мкм используются скоростные пылеулавливатели.

Ультразвуковые установки используются для разрушения туманов. Достаточно нескольких секунд, чтобы туман, движущийся в ультразвуковом поле, скоагулировал на 90 %.

Электростатическое осаждение применяют для улавливания пылей и туманов в цементной, сернокислотной, металлургической промышленности и особенно для улавливания летучей золы из

дымовых газов электростанций.