Физическая химия (вариант 11)

Сделана  в мае 2018 года.

Всего 30 задач

ЗАДАНИЕ 1

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

 Таблица 1 Варианты задания

Номер варианта Химическая реакция

11 СН4 + 2Cl2 = CH2Cl2 + 2HCl

Задача 1. 

Определите количество теплоты, поглощенное при изобарном нагревании 1 кг вещества (вещество – любое из участников реакции А в табл. 1) от 300 до 1000 К с учетом зависимости изобарной теплоемкости от температуры.

Задача 2.

Определите работу для двух молей выбранного вещества (из п. 1) в следующих процессах: 

а) изотермическое расширение при 300 К от 10 до 100 м3; 

б) изобарное расширение от 300 до 500 К. 

Задача 3.

Рассчитайте работу, совершаемую реакцией А (табл. 1) против внешнего давления при постоянном давлении и 298 К в изобарно- изотермическом процессе. 

Задача 4.

Напишите уравнения, позволяющие рассчитать стандартные тепловые эффекты реакций при 298 К по теплотам образования и по теплотам сгорания веществ, участвующих в реакции. Для реакции А (см. табл. 1) рассчитайте стандартный тепловой эффект реакции при 298 К и постоянном давлении 1,013•105 Па по теплотам образования веществ из справочника с учетом агрегатного состояния веществ. Полученный результат в килоджоулях (кДж) переведите в джоули (Дж), так как теплоемкость приводится в справочнике в джоулях на моль на кельвин (Дж/мольК).

Задача 5.

Напишите математическое выражение закона Кирхгофа в дифференциальной и интегральной форме для случая Ср = const и Ср = ƒ(T). Вычислите тепловой эффект реакции А (Дж/моль) при 500 и 700 К, считая приближенно  (Ср не зависит от температуры). 

Задача 6. 

Рассчитайте тепловой эффект реакции А (Дж/моль) при 500 и 700 К, учитывая зависимость Ср = ƒ(T). 

Задача 7.

 Получите уравнение зависимости теплового эффекта реакции от температуры Н = ƒ(T). Для этого используйте уравнение Кирхгофа из п. 5 в интегральной форме для случая Ср = ƒ(T). Подставьте значения стандартного теплового эффекта при 298 К и коэффициенты ∆a, ∆b, ∆c, ∆с′. Затем раскройте скобки в уравнении и приведите подобные (т. е. сложите числа, не связанные с температурой). Полученное уравнение является температурным рядом теплового эффекта химической реакции. 

Задача 8. 

По уравнению, полученному в п. 7, рассчитайте тепловой эффект реакции А при 500 и 700 К в джоулях (Дж) и килоджоулях (кДж). Сравните полученные результаты с результатами п. 6. Постройте график зависимости HT0=ƒ(T), используя значения тепловых эффектов, при температурах 298, 500, 700 К. 

Задача 9. 

На основании характера графика из п. 8 изобразите возможные теоретические графики зависимости  и  .

Задача 10. 

Вычислите тепловой эффект реакции А при постоянном объеме и температурах 298 и 500 К. 

Задача 11. 

Для одного из веществ, участвующих в реакции А (см. табл. 1), рассчитайте изменение энтропии при изобарном нагревании 1 моля этого вещества от температуры 298 до температуры 500 К с учетом зависимости . 

Задача 12. 

Определите изменение энтропии одного моля данного газообразного вещества при обратимом изотермическом сжатии, при изменении давления от 1,013•105 до 10,13•105 Па. 

Задача 13.

Рассчитайте абсолютную энтропию одного моля этого вещества при температуре 500 К. 

Задача 14. 

Определите изменение энтропии при протекании реакции А при стандартном давлении и температуре 298 К. Сделать вывод о возможности протекания реакции в изолированной системе. 

Задача 15. 

Рассчитайте изменение энтропии при протекании реакции А при стандартном давлении и температуре 500К с учетом зависимости . Сделайте вывод о возможности протекания реакции в изолированной системе. 

Задача 16. 

Определите для выбранного ранее вещества, участвующего в реакции А, изменение энергии Гиббса при изобарном нагревании одного моля вещества от 298 до 500 К, считая температурный коэффициент энергии Гиббса  постоянным. 

Задача 17. 

Определите для одного моля этого вещества изменение энергии Гиббса при изотермическом расширении при 298 К, если объем газообразного вещества при этом увеличивается в 100 раз. 

Задача 18. 

Рассчитайте изменение энергии Гиббса в джоулях (Дж) при протекании реакции А при стандартном давлении и температуре 298 К. Сделайте вывод о направлении самопроизвольного протекания реакции в указанных условиях. 

Задача 19. 

Рассчитайте изменение энергии Гиббса в джоулях (Дж) при протекании реакции А при стандартном давлении и температуре 500 К. Используйте значения теплового эффекта и значения изменения энтропии, полученные с учетом зависимости . Сделайте вывод о возможности протекания реакции А в указанных условиях. Вычислите  методом Темкина – Шварцмана. Сравните результаты. 

Задача 20.

Используя значения изменения энергии Гиббса, полученные в пп. 18 и 19, рассчитайте изменение энергии Гельмгольца в джоулях (Дж) при протекании реакции А: а) при постоянном объеме и температуре 298 К; б) при постоянном объеме и температуре 500 К. Сделайте вывод о возможности протекания реакции А в указанных условиях. 

Задача 21. 

Для химической реакции А (см. табл. 1) напишите в общем виде выражение константы химического равновесия через парциальные давления, концентрации, мольные доли и числа молей реагирующих веществ. 

Задача 22. 

Определите смещение химического равновесия изучаемой реакции при увеличении общего давления в системе. 

Задача 23. 

Рассчитайте значения КP и КC при температуре 298 и 500 К, используя частный случай уравнения изотермы химической реакции и уравнение связи этих констант равновесия. 

Задача 24.

Используя уравнение изобары химической реакции в дифференциальной форме, определите, соответствует ли знак теплового эффекта химической реакции А, рассчитанный в первом задании (пп. 4, 8), с характером изменения значений КP с увеличением температуры от 298 до 700 К. 

Задача 25.

Найдите выражение зависимости логарифма константы равновесия от температуры , для этого проинтегрируйте уравнение изобары химической реакции с учетом зависимости , полученной в задании 1 (п. 7, температурный ряд теплового эффекта реакции). Интегрирование проводите в пределах от 298 К до Т. Значение КP при 298 К возьмите из п. 23 данного задания. Раскройте скобки и приведите подобные. 

Задача 26. 

По полученному в предыдущем пункте уравнению рассчитайте значение КP при температурах 500 и 700 К. Значение КP при температуре 500 К сравните со значением, полученным в п. 23 данного задания. 

Задача 27. 

Определите тепловой эффект реакции А при температуре 500 К, используя два значения KP при двух температурах, и интегральное уравнение изобары химической реакции (полученное при условии, что тепловой эффект реакции не зависит от температуры). 

Задача 28. 

Определите тепловой эффект реакции при температуре 500 К, дифференцируя уравнение зависимости логарифма константы равновесия от температуры, полученное в п. 25. В этом случае уравнение изобары химической реакции используется в дифференциальной форме. Сравните значения теплового эффекта реакции А при 500 К, полученные различными способами. 

Задача 29. 

Определите направление самопроизвольного протекания реакции А по уравнению изотермы химической реакции при 500 К, используя полученные значения KP при 500 К. Начальные неравновесные парциальные давления всех исходных веществ равны 1,013•105 Па. 

Задача 30. 

Определите состав равновесной смеси в мольных процентах (% мол.) при давлении в системе 1,013•105 Па и температуре 500 К, используя значение константы равновесия химической реакции А при температуре 500 К. Определите состав равновесной смеси в массовых процентах, используя уравнение , где – молярная доля i-го компонента; Mi – молярная масса i-го компонента, г.

Список использованной литературы

1. Кудряшов И.В., Каретников Г.С. Сборник примеров и задач по физической химии. – М.: Высшая школа, 1991 г.

2. Краткий справочник физико-химических величин. Издание девятое/ Под ред. А.А.Равделя и А.М.Пономаревой. – СПб: Специальная литература, 1998. – 232 с.: ил.

3. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия: Учеб. для хим. спец.вузов / Под ред. А. Г. Стромберга. – 4-е изд., испр.– М.: Высш. шк., 2001. – 527 с.: ил.

4. Физическая химия. В 2 кн. Кн.1. Строение вещества. Термодинамика: Учеб. Для вузов / К. С. Краснов, Н.К.Воробьев, И.Н.Годнев и др.; Под ред. К. С. Краснова – 3-е изд., испр.– М.:Высш. шк., 2001. – 512 с., ил.

5. Основы физической химии. Теория и задачи : Учеб. пособие для вузов / 

В. В. Еремин, С. И. Каргов, И. А. Успенская, Н. Е.Кузьменко, В. В. Лунин. – М.: Издательство «Экзамен», 2005. – 480 с.

6. Справочник химика под ред. Б.П.Никольского т.1. – М.: Химия, 1966 г.