МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ. УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Стр 1 из 10Следующая ⇒ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ   МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до практичних занять та самостійної роботи студентів спеціальностей ТГ, ТОВ, П, ПП, ХТП, ДП з курсу "Фізична хімія" за кредитно-модульною системою. Ч астина I, тетраме c тр 7 - й     Дніпропетровськ УДХТУ 200 8 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ     МЕТОДИЧНІ  ВКАЗІВКИ до практичних занять та самостійної роботи студентів спеціальностей ТГ, ТОВ, П, ПП, ХТП, ДП з курсу "Фізична хімія" за кредитно-модульною системою. Ч астина I, тетрамеcтр 7 - й   Затверджено на засіданні кафедри фізичної хімії. Протокол № 4 від 3.12.2007 р.   Дніпропетровськ УДХТУ 200 8 Методичні вказівки до практичних занять та самостійної роботи студентів спеціальностей ТГ, ТОВ, П, ПП, ХТП, ДП з курсу "Фізична хімія" за кредитно-модульною системою. Частина I, тетрамеcтр 7-й / Укл. В.П. Купрін, В.В.Герасимов, Д.В. Гиренко, Д.А. Сухомлин, Д.А. Головко, І.Л. Плаксієнко, Т.В. Лук’яненко, О.А. Бєляновська – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2008. – 50с.   Укладачі: В.П. Купрін, доктор хім. наук  В.В. Герасимов, кандидат хім. наук  Д.В. Гиренко, кандидат хім. наук  Д.А. Сухомлин, кандидат хім. наук  Д.А. Головко, кандидат хім. наук  І.Л. Плаксієнко, кандидат хім. наук  Т.В. Лук’яненко, кандидат хім. наук  О.А. Бєляновська, кандидат техн. наук   Відповідальний за випуск Ф.Й. Данилов, доктор хім. наук   Навчальне видання   Методичні вказівки до практичних занять та самостійної роботи студентів спеціальностей ТГ, ТОВ, П, ПП, ХТП, ДП з курсу «Фізична хімія» за кредитно-модульною системою. Частина I, тетрамеcтр 7-й   Укладачі: Купрін Віталій Павлович                 ГЕРАСИМОВ Валерій Вікторович Гиренко Дмитро Вадимович                СУХОМЛИН Дмитро Андрійович Головко Дмитро Аркадійович Плаксієнко Ірина Леонідівна Лук’яненко Тетяна Вікторівна Бєляновська Олена Анатоліївна                          Зміст   Стор. 1. Вступ 4 1.1. Предмет і мета дисципліни "Фізична хімія" 4 1.2. Розподіл навчальних годин протягом викладання курсу "Фізична хімія" 4 1.3. Зміст модулів навчальної дисципліни, їх оцінювання в балах, форми і терміни поточного і модульного контролю 5 1.4. Тематичний план та зміст лекційного курсу 7-го тетраместру 6 1.5. Індивідуальні та домашні завдання для самостійної роботи студентів 9 2. Домашні розрахункові завдання 10 2.1. Завдання 1 10 2.2. Приклади розв’язання задач 12 2.3. Завдання 2 2.4. Приклад розв’язання завдання 18 22 3. Індивідуальне розрахунково-графічне завдання 26 3.1. Пояснення для вирішення завдання 26 3.2. Багатоваріантне графічно-розрахункове завдання 32 4. Перелік контрольних запитань 33 4.1. Перелік запитань для самоконтролю 33 4.2. Питання до екзаменаційних білетів 34 5. Нарахування рейтингових балів 43 5.1. Таблиця відповідності рейтингових балів за національною та європейською шкалами 43 5.2. Правила нарахування рейтингових балів 6. Список рекомендованої літератури 44 45 Перелік позначень 46   ВСТУП 1.1. Предмет і мета дисципліни "Фізична хімія" Предмет навчальної дисципліни “Фізична хімія” полягає у встановленні взаємозв'язку хімічних і фізичних явищ в різних системах. Мета навчальної дисципліни – надати майбутнім інженерам-технологам теоретичні знання основних закономірностей, які визначають напрямок хімічних процесів, їх швидкість, вплив різних чинників на хімічну і фазову рівновагу, умови отримання максимального виходу необхідного продукту; сформувати навички застосування фізико-хімічних методів дослідження для вирішення основних задач хімічної технології. 1.2. Розподіл навчальних годин протягом викладання курсу             "Фізична хімія" Форма навчання Денна Усього Курс 2 3 Семестр ІV IV V   Тетраместр 7 8 9 Усього за навчальним планом, (годин / кредитів) 180/5 180/5 180/5 540/15 Аудиторні заняття, год: 72 72 72 216 – лекції 24 32 32 88 – лабораторні 32 32 32 96 – практичні 16 8 8 32 Самостійна робота, год: 90 90 90 270 – підготовка до лекцій 8 12 12 32 – підготовка до лабораторних робіт 16 16 16 48 – підготовка до практичних занять 16 8 8 32 – домашні завдання 12 16 18 46 – опрацювання тем, які не викладаються на лекціях 14 8 6 28 – підготовка до модульних контрольних робіт 12 12 12 36 Виконання індивідуальних завдань, год:         – розрахунково-графічних робіт 12 18 18 48 – курсових робіт - - - - Контрольні заходи, год: 18 18 18 54 – кількість відокремлених КЗ 2 2 2 6 – підсумковий контроль   іспит іспит   Відокремлені контрольні заходи: МКР 1 МКР 2 МКР 3   РГЗ РГЗ РГЗ   II . Фазова рівновага
Агрегатний стан речовини. Агрегатний стан речовини. Гази. Реальні гази. Міжмолекулярні сили. Вклад орієнтаційних, індукційних та дисперсних сил в повну енергію взаємодії. Потенціал Ленарда-Джонса. Критичні явища. Рідини. Близький та дальній порядок. Рідкі кристали. Тверде тіло. Кристалічний та аморфний стан. Електричні властивості молекул. Дипольний момент. Поляризованість орієнтаційна, електронна, деформаційна, повна. Рівняння Ланжевена-Дебая. Визначення поляризованості і дипольного моменту. Залежність поляризованості від частоти. Рівняння Клаузіуса-Мосотті. Молекулярна рефракція. Рівняння Лорентца-Лоренса. Адитивність рефракції. Використання рефрактометричного методу. (3год.)	2 СР
10. Фазові переходи Фазова рівновага. Умови термодинамічної рівноваги у багатофазних багатокомпонентних системах. Правило фаз Гіббса. Фазова рівновага в однокомпонентних системах. Діаграми стану. Рівняння Клапейрона-Клаузіуса. Фазові переходи 1-го і 2-го роду. Монотропні та енантіотропні фазові переходи.	2
11. Двокомпонентні системи Термічний аналіз. Діаграми стану двохкомпонентних систем (повна та часткова розчинність компонентів у рідкому і твердому вигляді, з евтектикою, з утворенням стійкого і нестійкого хімічного сполучення) Експериментальна побудова діаграм плавкості. Правило важеля. Фізико-хімічний аналіз.	2
12. Трикомпонентні системи Трикомпонентні системи. Способи графічного зображення складу. Найпростіші типи діаграм стану. Діаграми розчинності у воді двох солей.	2

1.5. Індивідуальні та домашні завдання для самостійної роботи студентів

Вид та тема завдання	Год.	Діяльність студентів
Домашні завдання для самостійного опрацювання окремих розділів програми
Розділ I. Тема 1. Питання: Теоретичні і експериментальні методи фізичної хімії. Тема 2. Питання: Квантова теорія теплоємності газоподібних і кристалічних речовин. Тема 6. Питання: Розрахунки коефіцієнтів рівняння Тьомкіна – Шварцмана . Тема 8. Питання: Термодинамічні функції газів, обумовлені обертальними, коливальними та іншими видами руху молекул. Розрахунки теплоємності, ентропії, внутрішньої енергії, ентальпії та термодинамічних потенціалів на основі спектроскопічних характеристик речовини. Розділ ІІ. Тема 9. Питання: Молекулярна рефракція. Рівняння Лорентца-Лоренса. Адитивність рефракції. Використання рефрактометричного методу.	1,5     1,5   1,5     4,5   5	За допомогою спеціальної і учбової літератури самостійно опрацювати теми та окремі питання, які не викладаються на лекціях.
Індивідуальне розрахунково-графічне домашнє завдання:
1. Розрахунки виходу продукту при заданих параметрах в ідеальних і реальних умовах технологічного процесу.	18	Розрахувати можливість хімічної реакції в реальних умовах технологічного процесу. Встановити і графічно виразити вплив температури, тиску, інертних домішок на вихід продукту. Обґрунтувати вибір оптимальних параметрів процесу.
Домашні розрахункові завдання:
1. Визначення теплового ефекту процесу при будь-якій заданій температурі.	6	Обчислити тепловий ефект хімічної реакції або фазового перетворення при стандартних умовах і будь-якій температурі на основі довідкових даних про залежність теплоємності від температури.
2. Фазові рівноваги в однокомпонентних системах.	6	Визначити середні теплоти випаровування, возгонки, плавлення речовини при заданому тиску, розрахувати термодинамічні параметри для процесу возгонки, числа термодинамічних ступенів свободи в різних точках діаграми стану.

Завдання 1 (варіант А)

Розрахуйте стандартний тепловий ефект хімічної реакції та тепловий ефект при заданій температурі (таблиця 2.1). Встановіть, як відрізняється теплові ефекти при сталому тиску та об’єму. Термодинамічні данні для рішення задачі взяти в довіднику. Всі компоненти реакції знаходяться в газовому стані.

Таблиця 2.1

№	Реакція	Т, К	№	Реакція	Т, К
1	2CO + O2 = 2CO2	800	16	СН4 + Н2О = СО + 3Н2	500
2	H2 + Cl2 = 2HCl	1000	17	С2Н5Cl = C2H4 + HCl	600
3	N2 + O2 = 2NO	600	18	PCl5 = PCl3 + Cl2	700
4	2SO2 + Cl2 = 2SO2Cl2	700	19	(СН2)3  =  СН3СН=СН2	800
5	CO + 1/2O2 + CO2	900	20	CH3CHO = CH4 + CO	900
6	2O3 = 3O2	1000	21	4HCl + O2 = 2H2O + 2Cl2	1000
7	2NO2 = N2O4	800	22	С2Н5ОН = C2H4 + H2O	1200
8	2H2 + S2(Г) = 2H2S(Г)	1200	23	H2 + C2H4 = C2H6	600
9	2Cl2 + 2H2O = 4HCl + O2	1300	24	CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl	500
10	2С2Н5ОН = (С2Н5)2О +Н2О	1000	25	2SO2 + O2 = 2SO3	700
11	NO + ½ О2 = NO2	1200	26	HI + CH3I = CH4 + I2	1100
12	Cl2 + H2 = 2HCl	600	27	2NO + Cl2 = 2NOCl	500
13	СО + Сl2 = СОСl2	500	28	2NO = N2 + O2	900
14	H2 + F2 = 2HF	700	29	2C6H5CH3 = м-C6H4(CH3)2 + C6H6	800
15	CO + 2H2 = CH3OH	1100	30		500

Завдання 1 (варіант Б).

1. Обчисліть зміну ентропії при нагріванні (охолодженні) 4 кг речовини А (таблиця 2.2) від t₁ до t₂, якщо відомі температури його плавлення та кипіння, теплоємності в рідкому, твердому та газоподібному стані, теплоти плавлення й випаровування.

2. Обчисліть зміну ентропії, енергії Гіббса, енергії Гельмгольца, внутрішньої енергії, роботи розширення, якщо 10 кмоль речовини, пари котрого підпорядковуються законам ідеальних газів, переходить при нормальній температурі кипіння з рідкого в газоподібний стан.

Таблиця 2.2

№	Речовина	t1°С	t2°С	tпл°С	tкип°С	ΔНпл, кДж моль	ΔНвип, кДж моль	Теплоємність, кДж/кг·К
								Сртв	Срж	Срг
1	Бензол	200	-10	5,5	80,1	9,95	30,76	1,468	1,734	1,422
2	Толуол	-100	120	-95	110,6	6,62	37,99	0,921	1,69	1,281
3	Бензиловий спирт	-15,3	204,7	-15,3	204,7	8,97	50,48	–	2,014	–
4	Плюмбум(II) хлорид	960	400	495	953	23,85	128,9	0,277	0,375	0,199
5	1,4-діоксан	101,3	11,8	11,8	101,3	12,85	35,77	–	1,735	–
6	Етилацетат	-83,6	77,2	-83,6	77,2	10,48	32,26	–	1,928	–
7	Діетиловий етер	-120	45	-116,3	34,6	7,537	26,6	1,256	2,321	1,934
8	Бутанол	117,5	-79,9	-79,9	117,5	9,28	52,3	–	2,435	–
9	Піридин	-40	115,3	-41,8	115,3	–	35,54	–	1,714	–
10	Бром	-20	79	-7,1	59,2	10,551	20,733	0,674	0,461	0,225
11	Вода	-20	100	0	100	6,009	40,66	0,570	4,187	1,919
12	Ртуть	-40	360	-38,89	356,66	2,30	59,23	0,141	0,139	0,104
13	Трихлор-метан	65	-63,5	-63,5	61,3	9,211	31,42	–	0,963	0,545
14	Етанол	-15,6	205	-15,6	197,3	5,02	42,30	–	2,453	1,399
15	Ацетон	-100	60	-95,35	56,24	5,69	29,67	2,261	2,177	1,129
16	н-Пентан	36,074	-129,72	-129,72	36,074	8,42	26,43	–	1,666	–
17	Циклогексан	6,554	81,40	6,554	81,40	2,63	33,03	–	1,810	–
18	Мурашина кислота	7	110	8,2	100,7	12,687	23,112	1,620	2,135	1,058
19	о-Ксилол	-25,175	144,41	-25,175	144,41	11,282	367,3	–	1,717	1,891
20	Фосген	-118	15	-118	8,3	5,74	24,39	–	1,024	0,988
21	Хлор	-33,8	100	-100,7	-33,8	6,406	20,41	–	–	0,471
22	Калій	-10	63,55	63,55	791	2,38	79,2	0,754	–	–
23	Аміак	25	-77,7	-77,7	-33,6	5,655	23,33	–	4,742	2,065
24	Натрій	886	910	97,9	886	2,64	90,1	1,225	–	0,904
25	Фосфор трихлорид	-90	100	-93,7	75,3	–	30,5	–	0,957	0,540
26	Етилен-гліколь	200	-12,6	-12,6	197,85	11,23	65,58	–	2,433	1,503
27	Пропанол	110	-126,2	-126,2	97,2	5,19	48,12	–	2,388	1,789
28	Тетрахлор-метан	80	-22,9	-22,9	76,8	2,512	30,021	–	0,846	0,543
29	Цинк	391	419,5	419,5	906,2	7,24	115,3	0,384	–	–
30	Оцтова кислота	-10	120	16,8	118,1	11,53	23,36	2,039	2,01	1,197

 

Розв’язання

1) Визначаємо ізобарний тепловий ефект реакції при стандартних умовах, беручи до уваги слідство із закону Геcса (величини теплот утворення вихідних речовин та продуктів реакції виписуємо з довідника [6]):

ΔН⁰₂₉₈ = (4ΔН⁰_f,298 (CO₂) + ΔН⁰_f,298(S₂)) - (4ΔН⁰_f,298 (СО) + 2·ΔН⁰_f,298 (SО₂)) = =(4·(-393,51) + +128,37) - (4·(-110,53) + 2·(-296,9)) = - 409,75 кДж.

2) Визначаємо коефіцієнти в рівнянні ΔС_р⁰ = f (Т). Виписуємо у таблицю з довідника емпіричні коефіцієнти багаточленів С_р⁰ = f (Т) для продуктів реакції та вихідних речовин. За їх значенням розраховуємо коефіцієнти в рівнянні ΔС_р⁰ = f (Т).

Речовина

С_р⁰ = f (Т),

Дж/(моль · К)

Температурний інтервал, К а b · 10³ с´·10^-5 CO₂ 44,14 9,04 -8,54 298 – 2500 S₂ 36,11 1,09 -3,51 298 – 2000 SО₂ 46,19 7,87 -7,70 298 – 2000 СО 28,41 4,10 -0,46 298 – 2500

 

Δа = (4·а(СО₂) + а (S₂))-(4·а(СО) + 2·а(SО₂))= (4·44,14 + 36,11)-(4·28,41 + 2·46,19) = 6,65

За аналогією розраховуємо Δ b та Δ с´:

Δb = 5,11 · 10^-3

Δс´ = - 20,43 · 10⁵

Інтервал температур, в якому справедливі розраховані коефіцієнти, визначаємо за найменшим з усіх температурних інтервалів для реагуючих речовин. 

Тоді, для даної реакції в інтервалі температур 298 – 2000 К отримаємо:

ΔС⁰_р = 6,65 + 5,11· 10^-3 · Т - 20,43· 10⁵/Т²

 

3) Залежність ΔН_r⁰ = f (Т) визначається за законом Кірхгофа:

Підставивши в попереднє рівняння значення ізобарного теплового ефекту реакції при стандартних умовах та коефіцієнтів Δа, Δb та Δс´, отримаємо         ΔН⁰_Т = f(Т):

.

Підставивши Т = 700 К, визначаємо тепловий ефект реакції ΔН⁰₇₀₀ :

Відповідь: ΔН⁰₇₀₀ = -410 кДж/моль.

Задача 2.2.2. Для реакцій а) Mg(OH)₂ = MgO + H₂O_(г); б) Al₂O_{3(корунд)} + 3SO₃ = Al₂(SO₄)_3(кр.), які перебігають при 400 К, визначте, наскільки за цих умов відрізняються теплові ефекти при сталому тиску і сталому об’ємі.

Розв’язання

Тепловий ефект при постійному тиску дорівнює: Q_p = ΔH = ΔU + PΔV, а для ідеальних газів:

Q_p = ΔH = ΔU + ΔnRT,

де Δn – зміна кількості молів газоподібних речовин під час проходження реакції.

Тепловий ефект при сталому об’ємі дорівнює Q_V = ΔU. Тоді, різниця теплових ефектів хімічної реакції в ізобарному та ізохорному процесах визначається наступним чином:

Q_p - Q_V = ΔH - ΔU = ΔU + ΔnRT - ΔU = ΔnRT.

Визначаємо Δn для реакції а) Mg(OH)_2(ТВ) = MgO_(ТВ) + H₂O_(Г):

Δn = 1 - 0 = 1 (враховуємо тільки газоподібні речовини).

Тоді: Q_p - Q_V = 1 · 8,314 · 400 = 3326 Дж.

Розраховуємо Δn для реакції б) Al₂O_{3(КОРУНД)} + 3SO₃ = Al₂(SO₄)_3(КР.):

Δn = 0 - 3 = -3

Тоді: Q_p - Q_V = -3 · 8,314 · 400 = - 9977 Дж.

Відповідь: а) 3326 Дж.; б) - 9977 Дж.

Задача 2.2.3. 1. Обчисліть зміну ентропії ∆S_Σ  при нагріванні 25 кг метанолу від Т₁ до Т₂ , якщо відомі температури його плавлення та кипіння, теплоємності в рідкому та газоподібному стані, теплоти плавлення й випаровування.

2. Обчисліть зміну ентальпії ∆Н, енергії Гібса ∆G, енергії Гельмгольца ∆A, внутрішньої енергії ∆U, роботи розширення W, якщо 5 молей речовини, пари котрої підпорядковуються законам ідеальних газів, переходить при нормальній температурі кипіння з рідкого в газоподібний стан.

 

Речовина СН₃ –ОН;     g = 25 кг.;         T₁ = 175,3 K;    T₂ = 400 K;

T_пл = 175,3 К;                                             ∆Н_пл = 3,17^.10³ Дж/моль;

Т_кип  = 337,9 К;                                         ∆Н_вип = 35,296^.10³ Дж/моль;

С_р^рід = 2,512^.10³ Дж/кг^. К;                       С_р^газ = 1,371^.10³ Дж/кг^.К.

                                             Розв’язання

1. Змінення ентропіі 25 кг СН₃ –ОН  при нагріві від Т₁ = 175,3 К до Т₂  = 400 К дорівнює сумі ∆S для кількох стадій:

І - плавлення СН₃ –ОН  при  Т_пл = 175,3 К                         - ∆S₁,

ІІ -  нагрів СН₃ –ОН_(рід)  від Т_пл = 175,3 К до Т_кип = 337.9 К - ∆S₂,

ІІІ - кипіння СН₃ –ОН при Т_кип = 337,9 К                              - ∆S ₃,

ІV - нагрів СН₃ –ОН_(г) від Т_кип = 337,9 К до Т₂ = 400 К       - ∆S₄.

          Тобто                         ∆S_Σ = ∆S₁ + ∆S₂ + ∆S₃ + ∆S₄ , 

     де ∆S₂, ∆S₄ – змінення ентропіі при нагріві рідкого та газоподібного

СН₃ –ОН відповідно;

     ∆S₁, ∆S₃ – змінення ентропіі при плавленні та кипінні.

Знаходимо кількість речовини моль.

             Дж/К;   

            Дж/К;

Дж/К;

Дж/К;

Дж/К.

2. Зміна ентальпії при випаровуванні 5 молей метанолу дорівнює:

ΔН = n ΔН_вип = 5^.35,296^.10³ = 176480 Дж.

Зміна енергії Гіббса розраховується за формулою:

    Для процесу випаровування, що відбувається за сталих тиску і температурі, зміна енергії Гельмгольца можна розрахувати таким чином:

ΔА =ΔG – nRT = 0 – 5^.8,31^.337,9 = - 14039,75 Дж.

Робота розширення в ізобароізотермічних умовах

W = nRT = 14039,75 Дж.

За цих умов зміна внутрішньої енергії пов’язана зі зміною ентальпії рівнянням

ΔН = ΔU + nRT, звідки знаходимо:

ΔU = ΔН – nRT = 176480 – 5^.8,31^.337,9 = 162440,26 Дж.

Задача 2.2.5. Розрахувати зміну ентропії при стандартних умовах для хімічної реакції: 2С₄Н_10(Г) + 5О₂ = 4СН₃СООН_(Р) + 2Н₂О_(Р). Необхідні дані візьміть в довіднику.

Розв’язання

Визначаємо зміну ентропії для реакції при стандартних умовах (величини ентропій вихідних речовин та продуктів реакції відповідно даних з довідника):

ΔS⁰₂₉₈ = (2S⁰₂₉₈(Н₂О_(Р)) + 4S⁰₂₉₈(СН₃СООН_(Р))) - (5S⁰₂₉₈(O₂) + 2S⁰₂₉₈(С₄Н_10(Г))) = (2^.69,95 + 4·159,83) - (5·205,04 + 2·310,12) = -866,22 Дж/К.

    Відповідь: ΔS⁰₂₉₈ = -866,22 Дж/К.

Задача 2.2.6. 100 г водню при 298 К розширюються в вакуум, займаючи втричі більший об’єм. Обчисліть зміну ентропії, вважаючи водень ідеальним газом.

Розв’язання

Розширення водню відбувається при сталій температурі, тому скористаємось рівнянням:

ΔS = n·R·ln(V₂/V₁),

де кількість речовини n = 100/2 = 50 моль, а V₂/V₁ =3 за умовами завдання.

Отже, зміна ентропії складає:

ΔS = 50·8,314·ln3 = 457 Дж/К.

    Відповідь: ΔS = 457 Дж/К.

Задача 2.2.7. Розрахуйте збільшення ентропії при змішуванні 100 см³ кисню та 200 см³ азоту при 298 К та 1,013·10⁵ Па.

Розв’язання

Зміна ентропії при змішуванні двох газів дорівнює сумі змін ентропії кожного з газів при зворотному ізотермічному розширенні від початкового об’єму V₁ або V₂ до кінцевого V₁ + V₂:

ΔS = ΔS₁ + ΔS₂,

де ΔS₁ = n₁·R·ln((V₁ + V₂)/V₁) та ΔS₂ = n₂·R·ln((V₁ + V₂)/V₂).

     Розраховуємо кількість кисню n₁ та азоту n₂ за рівнянням стану ідеального газу:

P·V = n·R·T , звідки  n = P·V/R·T.

Тоді: n₁ = P·V₁/R·T = 1,013 · 10⁵ · 100 · 10^-6/8,314 · 298 = 0,0041 моль;

n₂ = P·V₂/R·T = 1,013 · 10⁵ · 200 · 10^-6/8,314 · 298 = 0,0082 моль.

     Визначаємо зміну ентропії кисню та азоту:

ΔS₁ = 0,0041·8,314·ln((100 · 10^-6 + 200 · 10^-6)/100 · 10^-6) = 0,037 Дж/К,

ΔS₂ = 0,0082·8,314·ln((100 · 10^-6 + 200 · 10^-6)/200 · 10^-6) = 0,028 Дж/К.

Тоді, збільшення ентропії при змішуванні кисню та азоту:

ΔS = 0,037 + 0,028 = 0,065 Дж/К.

    Відповідь: ΔS = 0,065 Дж/К.

Задача 2.2.8. Визначте роботу ізобарного зворотного розширення 5 моль ідеального газу при його нагріванні від 298 до 400 К.

Розв’язання

Роботу ізобарного розширення визначаємо за рівнянням:

W = P·(V₂ – V₁).

Для ідеальних газів воно набуває вигляд:

W = n·R·(Т₂ – Т₁).

Тоді: W = 5 · 8,314 · (400 - 298) = 4,240 · 10³ Дж.

Відповідь: 4,240 · 10³ Дж.

Задача 2.2.9. Газоподібні речовини А і В реагують з утворенням газоподібної речовини С:

3А + В = 4С

Виразіть К_р і К_с через рівноважну кількість речовини С, якщо А та В взяли в стехіометричних кількостях при загальному тиску в системі Р і температурі Т.

Розв’язання

За умовами задачі А та В взяли в стехіометричних кількостях, тобто n_0A = 3 моль і n_0В = 1 моль. Визначаємо рівноважні кількості А та В, прийняв до уваги, що рівноважна кількість С дорівнює х.

Кількість, моль 3А   +   В  = 4С

                              Вихідна                    3      1         0

                              Рівноважна          х

Константа рівноваги К_n має такий вираз

.   Тоді .

Спростив вираз, отримаємо

.

К_р пов’язана з К_n і К_с наступними співвідношеннями:  

                          ;        К_р = К_с(RT) ^Δn.                       

Кількість речовини в рівноважній системі складає

Σn =  +  + х = 4, а Δn = 4 – (3 + 1) = 0.

Оскільки Δn = 0, то таким чином, відповідь: .

Задача 2.2.10. Константа рівноваги (К⁰) хімічної реакції синтезу етилацетату: С₂Н₅ОН_(Г) + СН₃СООН_(Г) → СН₃СООС₂Н_5(Г) + Н₂О_(Г), дорівнює при 573 К 9,00, а при 423 К – 30,0. Розрахуйте тепловий ефект цієї реакції.

Розв’язання

Якщо тепловий ефект ΔН не залежить від температури, тоді його значення можна визначити за наближеною формою рівняння ізобари:

ln(K⁰₂/K⁰₁) = ΔН·(T₂ – T₁)/R·T₂·T₁ .

Звідси: ΔН = R·T₂·T₁·ln(K⁰₂/K⁰₁)/(T₂–T₁) = 8,314·423·573·ln(30,0/9,00)/(423–573) =           -16,2·10³ Дж/моль

    Відповідь: ΔН = -16,2·10³ Дж/моль.

Задача 2.2.11. Для хімічної реакції: 4СО + 2SО₂ = S₂ + 4CO₂, розрахуйте стандартну спорідненість при 600 К.

Розв’язання

    1) Стандартну спорідненість (стандартну зміну енергії Гібса) при температурі Т розраховуємо за методом Тьомкіна – Шварцмана:

ΔG⁰_Т = ΔН⁰₂₉₈ - Т · ΔS⁰₂₉₈ - Т · (Δа · М₀ + Δb · М₁ + Δc · М₂ + Δc´ · М_-2).

2) Визначаємо тепловий ефект реакціі при 298 К:

ΔН⁰₂₉₈ = (4ΔН⁰_f,298(CO₂) + ΔН⁰_f,298(S₂)) - (4ΔН⁰_f,298(СО) + 2ΔН⁰_f,298(SО₂)) =

(4·(-393,51) + 128,37) - (4·(-110,53) + 2·(-296,9)) = -409,75 кДж.

3) Обчислюємо зміну ентропії при 298 К:

ΔS⁰₂₉₈ = (4S⁰₂₉₈(CO₂)+S⁰₂₉₈(S₂))-(4S⁰₂₉₈(СО)+2S⁰₂₉₈(SО₂)) = (4·213,66+228,03) -(4·197,55+2·248,07) = -203,67 Дж/K.

     4) Розраховуємо коефіцієнти в рівнянні ΔС_р° = f (Т).

Речовина

С_р⁰ = f (Т),

Дж/(моль · К)

Температурний інтервал, К а b · 10³ с´·10^-5 CO₂ 44,14 9,04 -8,54 298 – 2500 S₂ 36,11 1,09 -3,51 298 – 2000 SО₂ 46,19 7,87 -7,70 298 – 2000 СО 28,41 4,10 -0,46 298 – 2500

 

Δ а = (4а(СО₂) + а (S₂))-(4а(СО) + 2а(SО₂))= (4·44,14 + 36,11) - (4·28,41 + 2·46,19) = 6,65.

За аналогією розраховуємо Δ b та Δ с´:

Δ b = 5,11 · 10^-3; Δ с´ = -20,43 · 10⁵.

Оскільки вихідні речовини та продукти реакції є неорганічними речовинами, Δс = 0.

Для T = 600 K згідно з довідником : М₀ = 0,1962; М₁ = 0,0759·10³; М₂ = 0,0303·10⁶; М_-2 = 0,1423·10^-5.

Тоді, стандартна зміна енергії Гіббса при 600 К складає:

ΔG⁰₆₀₀ = -409750 - 600 · (-203,67) - 600 · (6,65· 0,1962 + 5,11· 10^-3 · 0,0759 · 10³ + 0 · 0,0303 · 10⁶ + (-20,43 · 10⁵) · 0,1423 · 10^-5) = -286,82·10³ Дж

        

Відповідь: ΔG⁰₆₀₀ = -286,82 кДж.

Завдання 2.

Фазові рівноваги в однокомпонентних системах.

 За залежністю тиску насиченої пари від температури і густини речовини А у твердому і рідкому станах (d_ТВ і d_РІД в кг/м³) в потрійної точці:

1) побудуйте графік залежності ln p від 1/Т;

2) визначить за графіком координати потрійної точки;

3) розрахуйте середню теплоту випаровування і сублімації;

4) визначить теплоту плавлення речовини при температурі потрійної точки;

5) обчисліть dT/dp для процесу плавлення при температурі потрійної точки;

6) обчисліть температуру плавлення речовини при тиску р;

7) обчисліть зміну ентропії, енергії Гіббса, енергії Гельмгольца, ентальпії і внутрішньої енергії для процесу сублімації 1 кмоля речовини в потрійної точці;

8) визначить число фаз і число термодинамічних ступенів свободи для фігуративних точок, вибраних вами на “полі” діаграми, “лінії” і “точці”.

Необхідні для розрахунку дані взяти із таблиці 2.3.

Таблиця 2.3

Вихідні дані до завдання 2

№	Стан				Умови
	твердий		рідкий
	Т, К	р, Па	Т, К	р, Па
1	268,2 269,2 270,2 271,2 272,2	401,2 437,2 475,9 517,2 533,2	269,2 272,2 273,2 275,2 278,2 283,2 288,2	505 533,2 573 656 760 982 1600	М = 18 р = 40,5.105 Па dтв = 918 dрід = 1000
2	248 254,4 258 259 260	7998 13300 17995 19995 23327	260 265 270 278 282	23327 27190 31860 40290 47990	М = 27 р = 800.105 Па dтв = 718 dрід = 709
3	55 58 59,2 63 64	1333 3999 11997 14663 17329	60 64 66 67,8 69 71	12663 17329 22394 27993 31993 39990	М = 28 Р = 500.105 dтв = 1026 dрід = 808
4	100 104 107 109 110,5 112	4132 8531 14663 19995 25367 29653	105 112 114 115 116 117	17329 29653 34738 38657 46435 53053	M = 30 р = 900.105 Па dтв = 1272 dрід = 1260
5	229,2 248 257 267,2 273,2	133,3 694,5 1333 2966 4786	273,2 282,5 298,2 306,7 312,5 316,5	4786 6665 12697 16396 18929 21328	М = 32 р = 300.105 Па dтв = 837 dрід = 825
6	173 178 183 184 190	7330 11600 16795 19995 31192	190 195 200 207 215 221	31192 38657 46655 55986 69476 77314	М = 34 р = 450.105 Па dтв = 1010 dрід = 980
7	196 203 213 220	101325 190461 402360 648480	212 220 223 239 241 243	592751 648480 674824 1005114 1065237 1131722	М = 44 р = 750.105 Па dтв = 1542 dрід = 1510
8	276,6 278,2 279,2 280,2 281,4	1413 1706 1879 2066 2372	277,2 279,2 281,4 283,2 285,2 288,7	1826 2052 2372 2626 2932 3279	М = 46 р = 950.105 Па dтв = 1240 dрід = 1230
9	230 233 237 240 243 245	26260 31458 39990 49997 58818 66650	236 246 248 249 252,5 253,5	63315 78647 83979 86645 96942 100508	М = 52 р = 350.105 Па dтв = 3010 dрід = 2955
10	1758,2 1788,2 1810,2 1835,2 1873,2	22,68 63,98 99,97 115,99 300,00	1832 1873,2 1905 1938 1956 1991 2040	187 300 387 486 573 800 973	М = 52,5 Р = 500.105 Па dтв = 6800 dрід = 6750
11	242,1 252,4 263,8 271,2 280,9 293,0	1333 2666 5332 7998 13330 26660	293 303 308 311 313 316	26600 37724 46188 51720 56186 63317	М = 58 p = 700.105 Па dтв = 822 dрід = 812
12	183,2 188,0 196,2 199,2 203,7	333,3 586,5 1850 3000 5305	201 203,7 214 216 230,2 244	4665,5 5305 7198 7998 13328 21728	М = 64 р = 1000.105 dтв = 1600 dрід = 1560
13	135 137 139,5 141,5 144 146	1999,5 2666 3999 5332 7998 9997,5	137 141 144 146 149 151,4	6665 7331,5 8664,5 9997,5 12663 15996	М = 68 р = 200.105 Па dтв = 1450 dрід = 1434
14	273,2 274,2 276,2 277,2 278,2	3265,8 3465,8 3923,3 4305,6 4530	274,2 275,2 276,2 278,2 283,2 290,2	3730 4000 4160 4530 6050 8930	М = 78 р= 900.105 Па dтв = 893 dрід = 890
15	177,3 180 182,0 184 185,5	15996 19995 23994 28659 32992	180 185,5 188 191 194 196,8	26660 32992 37057 43456 51987 59985	М = 81 р = 300.105 Па dтв = 1625 dрід = 1610
16	99 101,9 103 104,5 107,2 115,5	10675 13995 17330 19995 26660 68649	111 115,5 117 118 119 119,6	63984 68649 72782 77980 82646 87711	М = 83,5 p = 800.105 Па dтв = 3330 dрід = 2150
17	272,5 273,4 275,7 277,2 279,2 281,7	3332,5 3599,1 4065,6 4398,9 5065 5798,6	275,7 280,2 281,7 283,3 285,2 287,5	4878,8 5598,6 5798,6 6198,6 6931,6 7731,4	М = 84 р = 120.105 Па dтв = 796 dрід = 788
18	353,2 363,2 373,2 383,2 393,2	39,99 79,98 186,6 393,2 679,8	363,2 393,2 395,2 400,7 403,7 408,7	186,6 679,8 733,1 973,1 1133 1399,6	М = 122 р = 850.105 Па dтв = 1105 dрід = 1095
19	208 209,2 213,2 216,4 220 224,2	19195 22662 29859 35991 45988 59985	219,2 224,2 226,7 229,2 231,2 232,7	55319 59985 6665 75981 83979 87975	М = 127,5 p = 500.105 Па dтв = 2970 dрід= 2850
20	334,6 338,4 343,2 348,2 353,2 353,7	266,6 352,2 533,2 733,1 1039,7 1266,3	348,2 353,7 358,2 363,8 368,8 373,8	1046 1266,3 1399 1666 2066 2466	М = 128 р = 180.105 Па dтв = 1145 dрід = 982
21	223,2 237,2 246,2 252,2 253,2	133,3 466,5 799,8 1213 1319	244,2 253,2 270,1 282,5 285,7 303,2	1200 1319 2465 3865 4398 7664	М = 154 р = 60,8.105 Па dтв =1680 dрід = 1650
222	418 446,5 460,2 474,9 490,5	133,3 667 1333 2666 5332	490,5 504,8 523 552,2 583,2 612	5332 8020 13300 26660 53320 101308	М = 174 р = 220.105 Па dтв = 954 dрід = 948
23	252 255 257,5 260	10950 14198 17344 23327	258 260 263 267 275 281	22112 23327 25703 29095 36810 45791	М = 27 р = 500.105 Па dтв = 718 dрід = 709
24	106 108 110 112	12487 17326 23510 29653	107 112 113 114,5 116 117	20635 29653 32057 37107 46435 52354	М = 30 р = 500.105 Па dтв = 1272 dрід = 1260
25	180 185 188 190	13905 21613 26874 31192	186 190 195 202 209	27117 31192 37587 49485 59602	М = 34 р = 500.105 Па dтв = 1010 dрід = 980
26	279 280 280,7 281,4	1842 2033 2190 2372	280 281,4 283 284 286	2155 2372 2607 2754 3082	М = 46 р = 700.105 Па dтв = 1240 dрід = 1230
27	275 280 288 293	9256 11570 19016 26660	287 293 300 305 310	23125 26660 33950 40987 49890	М = 58 р = 400.105 Па dтв = 822 dрід = 812
28	142 143 145 146	5816 6786 8905 9997	143 145 146 148 150	8138 9319 9997 11758 13869	М = 68 р =300.105 Па dтв = 1450 dрід = 1434
29	61 62 63,5 64	9151 12074 15962 17329	62 64 65 67 68 70	14172 17329 19844 25583 28727 35436	М = 28 р = 300.105 Па dтв = 1026 dрід = 808
30	377,2 381,2 383,2 386,2 389,2 392,2	7064 8531 9331 10397 11997 13997	373,2 388,2 392,2 393,2 397,2 401,2	10662 12397 13997 14796 16929 19462	М = 254 р = 200.105 Па dтв = 3960 dрід = 3900

Рис. 1.

Розв’язання. Лінія со є лінією випаровування. Її хід описується рівнянням Клапейрона-Клаузіуса у лінійному вигляді:

.

Аналіз рівняння показує, що теплота випаровування входить в величину кутового коефіцієнта прямої. Він дорівнює тангенсу кута нахилу лінії (α₁), який можна розрахувати за графічними даними:

.

Середня теплота випаровування дорівнює:

ΔH_ВИП = R^.tgα₁ = 8,314^. 2816,9 = 23429,7 Дж/моль.

Лінія оb на графіку є лінією сублімації. Вона також описується рівнянням Клапейрона-Клаузіуса. Тангенс кута нахилу (α₂) прямої оb дорівнює:

.

Розрахуємо середню теплоту сублімації.

ΔH_СУБ = R^.tgα₂ = 8,314^. 5365б85 = 44611,7 Дж/моль.

Задача 4. Визначить теплоту плавлення речовини при температурі потрійної точки.

Розв’язання. Теплоту плавлення речовини при температурі потрійної точки визначаємо за рівнянням:

ΔH_ПЛ = ΔH_СУБ. – ΔH_ВИП = 44611,7 - 23419,7 – 21192,0 Дж/моль.

     Задача 5. Обчисліть dT/dp для процесу плавлення при температурі потрійної точки.

Розв’язання. Згідно з рівнянням Клапейрона – Клаузіуса

,

де ΔV = V_РІД – V_ТВ є різниця мольних об’ємів речовини в рідкому і твердому станах відповідно. Мольні об’єми розрахуємо за даними густини речовини (d_РІД і d_ТВ) та її мольної маси (М = 152 г/моль)

 і .

Тоді

,

і .

Задача 6. Обчисліть температуру плавлення речовини при тиску р.

Розв’язання. Температуру плавлення при тиску 300^.10⁵ Па знайдемо в результаті інтегрування рівняння

,

допускаючи, що залежність T = f(p) має лінійний характер.

.

Т = Т_ПТ + 2,67^.10^-8(р – р_ПТ) = 448,2 + 2,67^.10^-8(300^.10⁵ – 47454) = 449,0 К.

Задача 7. Обчисліть зміну ентропії, ентальпії, внутрішньої енергії, енергії Гіббса, енергії Гельмгольца в процесі сублімації для n = 1 кмоль речовини в потрійної точці.

Розв’язання. Для процесу сублімації в потрійній точці зміна ентропії 1 кмоль речовини дорівнює:

.

Зміна ентальпії буде дорівнювати:

ΔН = nΔН_СУБ = 1000^.44611,7 = 44611700 Дж.

Зміна внутрішньої енергії:

ΔU = ΔH – nRT_ПТ = 44611700-1000^.8,314^.448,2 = 40885365 Дж.

Зміна енергії Гіббса:

ΔG = ΔH – T_ПТ^.ΔS = 44611700 – 448,2^.99535,25 = 0.

Зміна енергії Гельмгольца:

ΔA = ΔG – nRT_ПТ = 0 – 1000^.8,314^.448,2 = -3726335,0 Дж.

Задача 8. Визначить число фаз і число термодинамічних ступенів свободи для фігуративних точок на “полі” діаграми, “лінії” і “точці”.

Розв’язання. Число фаз (Ф) для фігуративних точок на “полі” діаграми дорівнює 1, на “лінії” – 2, в потрійній точці – 3.

За правилом фаз Гіббса

С = К – Ф + n

для однокомпонентної системи (К = 1) і для n = 2 (змінні, що впливають на рівновагу – тиск і температура) число термодинамічних ступенів свободи в “полі” дорівнює

С_П = 1 – 1 + 2 = 2,

на “лінії’

С_Л = 1 – 2 + 2 = 1,

в потрійній точці

С_ПТ = 1 – 3 + 2 = 0.

 

Питання до екзаменаційних білетів

Хімічна рівновага

79. Проаналізуйте рівняння ізобари хімічної реакції: , (вплив температури на К_р, К_с, К_о; інтегрування рівняння, графічний спосіб визначення теплового ефекту ΔН).

80. Знайти розчинність BaSO₄, якщо розчинення відбувається за схемою: , при Т = 298 К. (Добуток розчинності є константа рівноваги зазначеного процесу).

81. Ступінь дисоціації N₂O₄ за реакцією: N₂O₄ = 2NO₂, при t = 0^oC і р = 1,013^.10⁵ Па складає 11%. До якого тиску необхідно стиснути суміш, щоб при t = 0^оС ступінь дисоціації знизився до 8%?

82. Для реакції: С + 2Н₂ = СН₄, . Чи можливо утворення метану при Т = 1000 К і р = 1,013^.10⁵ Па , якщо газ, що вступає в стикання з вуглецем, складається з 10% мол. СН₄, 80% мол. Н₂ і 10% мол. N₂?

83. Розчинність Н₃ВО₃ у воді при 13^оС дорівнює 38,5 г на 1 л розчину і 49,1 г при 20^оС. Обчислити теплоту розчинення 1 моля Н₃ВО₃.

84. Добуток розчинності AgCl при 25^оС дорівнює 1,55^.10^-10 і 13,2^.10^-10 при 50^оС. Визначте теплоту розчинення.

85. Чи може константа рівноваги бути від’ємною, додатною, рівній нулю чи безконечності?

86. Чи можлива при кімнатній температурі реакція: B₂O₃ + 3Mg = 2B + 3MgO?

87. Залежність константи рівноваги деякої реакції від температури описується рівнянням: . Як зміниться вихід продуктів цієї реакції при підвищенні температури? Виділяється чи поглинається тепло в цій реакції?

88. При деякій температурі загальний рівноважний тиск в системі: NH₄Cl_(тв) = NH₃ + HCl,

дорівнює 0,5^.10³ Па. Обчислити константи рівноваги К_р і К_о при даній температурі.

89. Залежність lgK_p = f(1/T) є лінійною з від’ємним тангенсом кута нахилу. Визначити, ендо- чи екзотермічною є реакція у даному інтервалі температур?

90. Обчислити вихід етанолу за рівнянням реакції: С₂Н_4(г) + Н₂О_(г) = С₂Н₅ОН_(г), із суміші етилену і води стехіометричного складу при температурі 350^оС і тиску 20,2^.10⁶ Па, якщо lg K_f = -4,8758 (K_f виражена в (кН/м²)^-1).

91. Розрахуйте число молей PCl₅ у рівноважній суміші при температурі Т і загальному тиску 2^.10⁵ Па, якщо 2 моля PCl_3(газ) змішані з 1 молем Cl_2(газ), а константа рівноваги реакції: PCl_3(г) + Cl₂ = PCl_5(г), дорівнює К_р = 1^.10^-5 Па^-1 при тій самій температурі.

92. Константа рівноваги реакції: COCl₂ = CO + Cl₂, при 600К К_р = 5,883^.10⁵ Па. Визначити, в якому напрямі відбувається реакція при таких заданих значеннях парціальних тисків компонентів:

93. Для реакції: H₂ + I₂ = 2HI, К_с = 50 при 444^оС. Визначте напрям процесу, якщо вихідна суміш має такий склад:

94. Обчисліть константу рівноваги реакції синтезу метилового спирту: СО + 2Н₂ = СН₃ОН_(г), при 800 К, якщо при 25^оС ΔН₂₉₈ = -90,44 кДж/моль, К_0,298 = 1,76^.10¹¹ і мольні теплоємності газів: С_р(СО) = 28,41 + 4,1^.10^-3 Т Дж/моль·К;

                            С_р(Н₂) = 27,28 + 3,26^.10^-3Т Дж/моль·К;

                            С_р(СН₃ОН) = 15,28 + 105,2^.10^-3Т Дж/моль·К.

95. Тиск дисоціації MgCO₃ при 813 К дорівнює 0,996^.10⁵ Па, а при 843 К – 1,786^.10⁵ Па. Обчисліть, за якої температури тиск дисоціації буде дорівнювати 1,013^.10⁵ Па.

96. Обчисліть тепловий ефект реакції при 1200 К: Fe₃O_4(т) + Н₂ = 3FeO_(т) + Н₂О_(г), якщо

97. Визначте температуру, за якою FeO почне розкладатися на повітрі за реакцією: 2FeO_(т) = 2Fe_(т) + О₂, якщо тиск дисоціації визначається рівнянням:  Тиск кисню в повітрі вважати рівним 0,21 атм.

98. Напишіть математичне співвідношення між величинами К_р і К_с для хімічної реакції (висновок): 2Н₂О_(г) = 2Н₂ + О₂.

99. Константа рівноваги реакції: А_(г) + В_(г) = 2С_(г), дорівнює 4. Розрахувати рівноважну кількість молей продукту С, якщо для реакції були взяті 2 моля А і 1 моль В.

100. Газоподібні речовини реагують за рівнянням: А_(г) + В_(г) = 2С_(г). Обчисліть константи рівноваги К_р і К_с, якщо при взаємодії 1 моля речовини А і 1 моля речовини В утворюється 1,2 моля компонента С.

101. Константа рівноваги реакції: А_(т) + В_(г) = 2С_(г), дорівнює 10 Па. Визначте рівноважну кількість молей С, якщо для її проведення було взято 2 моля речовини В, а речовина А була взята в надлишку. Рівноважний тиск р = 1^.10⁴ Па.

102. Константа рівноваги реакції: H₂ + I_2(г) =2HI, при Т = 693 К дорівнює 50. Обчислити вихід продукту реакції, якщо вихідні речовини були взяті в стехіометричному співвідношенні.

103. Обчислити константу рівноваги реакції: СО + Н₂О_(г) = СО₂ + Н₂, якщо в посудину сталого об’єму при 298 К було введено 28 кг СО і 18 кг Н₂О, а кількість СО₂ в рівноважній суміші склало 39,85 кг.

104. Стандартна спорідненість  хімічної реакції: 2HCl_(г) = Cl₂ + H₂, дорівнює 190,6^.10³ Дж/моль. Розрахувати константу рівноваги цієї реакції.

105. Константа рівноваги гетерогенної реакції: С + О₂ = СО₂, дорівнює 1,03^.10⁷. Обчислити кількість утвореного СО₂, якщо для реакції було взято 100 моль О₂, а вугілля було взяте в надлишку.

106. Укажіть напрям процесу, якщо константа рівноваги реакції розкладення циклогексану з утворенням бутадієну і етану: С₆Н₁₂ = С₄Н₆ + С₂Н₆, дорівнює 24,9^.10⁵ Па (при 800 К), а вихідна суміш містить 6 моль циклогексану, 4 моля бутадієну і 2 моля етану. Тиск в системі 10,1^.10⁵ Па.

107. Використовуючи таблиці стандартних величин, обчислити за методом Тьомкіна-Шварцмана константу рівноваги реакції: SO₂ = O₂ + 1/2S₂, при 800 К.

108. Константа рівноваги реакції: 3/2Н₂ + 1/2N₂ = NH₃, дорівнює , а  - константа рівноваги реакції: 3Н₂ + N₂ = 2NH₃. Чи будуть відрізнятися численні значення  і  при однаковій температурі? Напишіть, як зв’язані між собою  і .

109. Чи зміниться і як значення константи рівноваги К_р реакції: А + 2В = АВ₂, якщо загальний тиск у системі збільшиться у 2 рази? Всі речовини знаходяться в ідеальному газоподібному стані.

110. Ступінь термічної дисоціації HBr не залежить від тиску, але в той же час збільшується з ростом температури. Поясніть ці факти.

111. Яка з констант рівноваги К_р або К_с більше для реакції: H₂ + Cl₂ = 2HCl_(г), що відбувається у газовій фазі?

112. Обчислити тиск термічної дисоціації MgCO₃ при Т = 800 К. Термічна дисоціація MgCO₃ відбувається за рівнянням: MgCO₃ = MgO + CO₂.

113. Визначте, за якої температури може початися реакція відновлення MgO вуглецем на повітрі при тиску в повітрі, рівному 3^.10³ Па, за реакцією: 2MgO_(т) + С = 2Mg + CO_2(г).

Прийняти, що для цієї реакції ΔС_р = 0.

114. Для реакції: 2NO₂ = N₂O₄, залежність енергії Гіббса від температури описується рівнянням: . За якому тиску NO₂ на 60% перетворюється в N₂O₄ при 300 К?

115. Обчисліть константу рівноваги К₀ реакції конверсії метану з водяною парою, яка проводиться у газовій фазі: СН₄ + Н₂О_(г) = СО +  3Н₂, при 1000 К.

116. Константа рівноваги конверсії метану з водяною парою: СН₄ + Н₂О_(г) = СО +  3Н₂, при температурі Т = 1000 К дорівнює К₀ = 24,0. Розрахувати склад рівноважної суміші при заданій температурі і тиску 1,013^.10⁵ Па, якщо вихідна суміш взята в стехіометричному співвідношенні.

117. Якісно оцініть вплив різних факторів на константи рівноваги К_р і К_с, якщо реагуючу систему можна розглядати як ідеальну. Фактори оцінки: загальний тиск, концентрація, температура, початкове число молей, присутність інертних газів і каталізатора.

118. При підвищенні температури рівноважний тиск кисню над оксидом кобальту СоО зростає. З поглинанням чи виділенням тепла відбувається дисоціація оксиду кобальту?

119. Константа рівноваги реакції: СО + Н₂О_(г) = СО₂ + Н₂, при 970 дорівнює 1. Розрахуйте величину  при цій температурі і зробіть висновок щодо сторони, у яку відбувається реакція, якщо вихідна реакційна суміш має такий склад (в мольних процентах): 50% СО, 15% Н₂О, 20% СО₂, 15% Н₂.

120. Зобразіть схематично графік залежності константи рівноваги К_р від температури Т, якщо у даному інтервалі температур тепловий ефект реакції ΔН = 0.

121. Виразіть константу рівноваги К_р реакції між ідеальними газами А і В, взятими в стехіометричному співвідношенні: 2А + В = С_(г), означивши через х число молей утвореної сполуки С (газ), а через р – рівноважний тиск.

122. Напишіть вираз для К_f реакції: 2SO₃ = 2SO₂ + O₂. Як пов’язані між собою К_f і стандартна константа рівноваги К_о для ідеальної газової системи?

123. Розрахуйте константу рівноваги К_р реакції: 2Ag + 1/2O₂ = Ag₂O, при температурі Т = 400 К.

124. Для реакції: N₂ + O₂ = 2NO, залежність константи рівноваги К_р від температури виражається рівнянням: . Виведіть рівняння залежності теплового ефекту цієї реакції від температури.

125. При певній температурі загальний тиск в рівноважній системі: 2Fe + O₂ = 2FeO, дорівнює р. Виразіть константи рівноваги К_р і К_о цієї реакції через загальний тиск.

126. Виразіть у загальному вигляді константу рівноваги К_р реакції: 4HCl + O₂ = 2 H₂O_(г) + 2Cl₂, якщо загальний тиск в системі р, рівноважний вихід Cl₂ – х моль, а початкова кількість взятих для реакції речовин – 4 моля HCl і 2 моля О₂.

127. Для реакції: N₂O₄ = 2NO₂, при 328 К константа рівноваги К_с = 50,6^.10^-3 моль/л. Скільки молей N₂O₄ необхідно помістити у посудину ємністю 10 л для того, щоб при рівновазі концентрація NO₂ у ній стала дорівнювати 0,2 моль/л?

Фазові рівноваги

128. Зневоднення SrCl₂^.6H₂O відбувається за схемою:

SrCl₂^.6H₂O = SrCl₂ + 6H₂O.

Використовуючи правило фаз Гіббса, поясніть, як зміниться тиск пари води, якщо зневоднення солі проводити при сталій температурі?

129. Є в наявності відкрита посудина, яка містить розбавлений розчин NaCl. Як буде поводити себе цей розчин при ізобаричному нагріванні? Застосовуючи правило фаз Гіббса, виясніть, чи може при нагріванні температура у деякий момент часу залишатися сталою?

130. Визначіть, за якої температури буде кипіти хлорбензол при тиску 10 мм рт. ст., якщо його нормальна температура кипіння дорівнює 405,4 К, а при 372 мм рт. ст. він кипить при 383,2 К.

131. Тиск пари (мм рт. ст.) рідини в інтервалі температур 200-260 К описується рівнянням:

Розрахувати ентальпію випаровування і нормальну температуру кипіння рідини.

132. Залежність тиску насиченої пари ртуті від температури можна виразити рівнянням:

.

Виведіть рівняння залежності теплоти випаровування ртуті від температури (в Дж/моль).

133. Густина рідкого галію більше густини твердого. Як зміниться температура плавлення цього металу при підвищення тиску і чому?

 

Таблиця відповідності рейтингових балів за національною та європейською шкалами

Оцінка ECTS	Визначення	Рейтинг в балах	Традиційна
			оцінка	залік	допуск
А	ВІДМІННО –відмінне виконання лише з незначною кількістю помилок	96-100	відмін-но	зарахо-вано	допу-щено
В	ДУЖЕ ДОБРЕ – вище середнього рівня з кількома помилками	86-95
С	ДОБРЕ – в загальному правильна робота з певною кількістю помилок	67-85	добре
D	ЗАДОВІЛЬНО – непогано, але зі значною кількістю недоліків	61-66	задо-вільно
Е	ДОСТАТНЬО – виконання задовольняє мінімальним критеріям	51-60
FX	НЕЗАДОВІЛЬНО – з можливістю складання іспиту	35-50	незадо-вільно	незара-ховано	недо-пуще-но
F	НЕЗАДОВІЛЬНО – з обов'язковим повторним курсом	<35

Таблиця відповідності оцінок та балів за європейською і національною шкалами

Макси-мальний бал за роботу	Залік						До-пуск	Не-допуск
	Відмінно		Добре	Задовільно
	A	B	C	D	E		FX	F
1	1	1	1	1	1		1	0
2	2	2	2	2	2		1	0
3	3	3	3	2	2		2	0
4	4	4	3	3	3		2	0
5	5	5	4	4	3		2	0
6	6	6	5	4	4		3	0
7	7	7	6	5	4		3	0
8	8	7	6	5	4		3	0
9	9	8	7	6	5		4	0
10	10	9	8	7	6		4...5	0
11	11	10	8..9	7	6		4..5	0
12	12	11	9..10	8	7		5..6	0
13	13	12	9..11	8	7		5..6	0
14	14	13	10..12	9	8		5..7	0
15	15	13..14	11..12	10	8..9		6..7	0
16	16	14..15	11..13	10	9		6..8	0
17	17	15..16	12..14	11	9..10		6..8	0
18	18	16..17	13..15	11..12	10		7..9	0
19	19	17..18	13..16	12	10..11	7..9		0
20	20	18..19	14..17	13	11..12	7..10		0
21	21	19..20	15..18	13..14	11..12	8..10		0
22	22	19..21	15..18	14	12..13	8..11		0
23	23	20..22	16..19	14..15	12..13	9..11		0
24	24	21..23	17..20	15..16	13..14	9..12		0
25	24..25	22..23	17..21	16	13..15	9..12		0
26	25..26	23..25	18..22	16..17	14..15	10..13		0
27	26..27	24..25	19..23	17..18	14..16	10..13		0
28	27..28	25..27	19..24	18..19	15..17	10..14		0
29	29..30	25..28	20..24	18..19	15..17	11..14		0
30	29..30	26..28	21..25	19..20	16..18	11..15		0
35	34..35	31..3	24..30	22..23	18..21	13..17		0
40	39..40	35..38	27..34	25..26	21..24	14..20		0
45	44..45	39..43	31..38	28..30	23.27	16..22		0
50	48..50	43..47	34..42	31..33	26..30	18..25		0

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Основна література

1. 1.Стромберг А.Г., Сёмченко Д.П. Физическая химия. – М.: Высшая школа,1988.

2. Физическая химия: Учебное пособие для вузов / Под ред. Краснова К.С. М.: Высш. школа, 1982. – 687 с.

3. Кондратьев С.Н. Краткий курс физической химии. – М.: Высш. шко­ла, 1978. – 268 с.

4. Кудряшов И.В., Каретников Г.С. Сборник примеров й задач по физической химии. – М.: Высш. школа, 1991. – 526 с.

5. Киселёва Е.В., Каретникова Г.С., Кудряшов И.В. Сборник примеров и задач по физической химии. – М., Высш. школа,1983. – 456 с.

6. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. Мищенко К.С., Равделя А.А. – Л.: Химия, 1983. – 231 с.

7. Еремин Е.М. Основы химической термодинамики. – М.: Высш. школа, 1978. – 391 с.

Додаткова література

1. Эткинс П. Физическая химия. – М.: Мир, 1980. – Т. 1. – 580 с.

2. Эткинс П. Физическая химия. – М.: Мир, 1980. – Т. 2. – 584 с.

3. Сборник вопросов и задач по физической химии для самоконтроля / под ред. Белевского С.Ф. – М.: Высшая школа, 1979 – 119 с.

4. Голиков Г.А. Руководство по физической химии. – М.: Высш. школа, 1988. –382 с.

5. Исаев С.И. Курс химической термодинамики: Учебное пособие для машиностроительных вузов. – М.: Высш. школа, 1986. – 271 с.

 

Перелік позначень

H – ентальпія

U – внутрішня енергія

S – ентропія

G – енергія Гіббса

A – енергія Гельмгольца

T – абсолютна температура

p – абсолютний тиск

– відносний тиск

р⁰ – стандартний тиск

R – газова стала

k – стала Больцмана

С_р – ізобарна теплоємність

С_V – ізохорна теплоємність

Q_V – ізохорний тепловий ефект

Q_p – ізобарний тепловий ефект

n – кількість речовини у молях

ΔH – зміна ентальпії

 – стандартна теплота утворення речовини

– стандартна теплота згоряння речовини

ΔS – зміна ентропії

ΔU – зміна внутрішньої енергії

ΔG – зміна енергії Гіббса

ΔA – зміна енергії Гельмгольца

K – константа рівноваги

K⁰ – стандартна константа рівноваги

С – концентрація, моль/л, моль/м³

х – мольна доля

μ – хімічний потенціал

а – активність

f – фугітивність

γ – коефіцієнт фугітивності

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: