Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Сборник примеров и задач по физической химии. Химическая термодинамика (часть II)

Голосов: 7

Сборник содержит фундаментальные положения и уравнения, необходимые для понимания и решения задач по химической термодинамике. В нем приведено большое количество примеров с подробным изложением хода решения задач. Даны наиболее типичные задачи и ответы на них по термохимии и термодинамическим потенциалам химических процессов (часть I), термодинамике растворов, фазовым и химическим равновесиям (часть II). Задания, включенные в настоящий сборник, апробированы на кафедре физической химии Воронежского государственного университета.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                                                     61
       О твет: 2,28 кг.
277. Д л я расче т ко нст ы рав но в е сия ре акции
                     а           ант
                                           2С + 2Н 2 ! С 2Н 4
    пре д л о ж е но у не ние
                       рав
                          2413
              lg K P = −            − 5,589 ⋅ lg T + 1,025 ⋅ 10−3 ⋅ T + 0,175 ⋅ 10−6 ⋅ T 2 + 13,04 ,
                               T
    а д л я ре акции С 2Н 4 + Н 2 ! С 2Н 6 у не ние   рав
                       6366
              lg K P =             − 2,961 ⋅ lg T + 0,7668 ⋅ 10−3 ⋅ T − 0,1764 ⋅ 10−6 ⋅ T 2 + 2,344 .
                          T
    Н айт у не ние зав исим о ст lgKP о тт м перат ры д л я ре акции
             и рав                             и            е         у
                                           2С + 3Н 2 ! С 2Н 6
    и вы   числ ит ∆G1000 .
                     ь       o


                          16539
     Ответ: lg KP =                  − 35,773 ⋅ lg T + 7,497 ⋅10−3 ⋅ T − 0,00586 ⋅10−6 ⋅ T2 + 64,367 ;
                               T
                 86595 Д ж .
278. П ри нагре в ании пл ат         иныв газо о бразно м х л о ре про исх о д итре акция
                                            в
                                       Pt (т .) + Cl2 ! PtCl2 (г.).
    П ри 1000 К ∆G1000 = 58,576 кД ж . Како в о бу е тпарциал ьно е д ав л е ние PtCl2,
                          o
                                                                д
    е сл и д ав л е ние х л о ра рав но 101325 П а?
       О твет: 88 П а.
279. Рассчит е ко нст урав но в е сия при 298 К д л я ре акции
                айт               ант
                                    С О (г.) + Н 2 (г.) ! Н 2С О (г.),
    приняв , чт ∆G 298 д л я о бразо в ания ж ид ко го про д у а рав на 28,95
                     о          o
                                                                                  кт
    кД ж /м о л ь и чт д ав л е ние пара ф о рм ал ьд е гид а при 298 К рав но 199984 П а.
                        о
       О твет: 1,662⋅10–5.
280. Ре акция 2NOCl(г.) ! 2NO(г.) + Cl2(г.) д о ст трав но в е сия при 500 К и
                                                                  игае
     о бще м д ав л е нии 101325 П а, ко гд а парциал ьно е д ав л е ние нит зил х л о рид а
                                                                                       ро
     рав но 64848 П а. П е рв о начал ьно в сист м е нах о д ил ся л ишь NOCl. 1)
                                                               е
     Рассчит ь ∆G 500 ; 2) П ри како м о бще м д ав л ении парциал ьно е д ав л е ние
                ат         o


     х л о ра рав но 10133 П а?
       О твет: 1) 16970 Д ж ; 2) 79747 П а.
281. Д л я ре акции H2 + I2 ! 2HI при 573 К К Р = 80. Вы                         числ ит при э о й
                                                                                           ь         т
     т м пе рат ре ст арт е изм е не ние изо барно го по т нциал а, е сл и
       е          у            анд      но                                          е
     парциал ьно е д ав л е ние каж д о го из газо в рав но 101325 П а.
       О твет: –     20880 Д ж /м о л ь.
282. Рассчит ь сро д ст о ж е л е за к кисл о ро д у (парциал ьно е д ав л е ние О2 рав но
                ат                в
     20260 П а) при 1000 К, е сл и ко нст а рав но в е сия ре акции
                                                     ант
                                           2Fe + O2 ! 2FeO
     при э о й т м пе рат ре рав на 2,418⋅1015 П а–1.
              т е                у
       О твет: 377 кД ж /м о л ь.
283. Опре д ел ит изм е не ние св о бо д но й э ргии при пре в ращ е нии 1 м о л ь С О,
                     ь                                   не
     в зят го по д д ав л е ние м 202650 П а, и 1 м о л ь Cl2, в зят го по д д ав л е ние м
            о                                                                 о


                                             62
     303975 П а, в 1 м о л ь COCl2 по д д ав л е ние м 50663 П а, есл и т м пе рат ра
                                                                             е        у
     рав на 873 К и ко нст а рав но в е сия ре акции
                               ант
                                    С О + Cl2 ! COCl2
                   –6     –1
    К Р = 7,56⋅10 П а .
      О твет: –   16104 Д ж .
284. Н айт парциал ьно е д ав л е ние NH3 в рав но в е сно й см е си, со ст яще й из NH3,
           и                                                               о
     H2 и N2 при 298 К, е сл и парциал ьны д ав л е ния H2 и N2 рав ны 101325
                                                  е
     П а (каж д о е ) и е сл и ∆G o = –
                                   298     16710 Д ж .
      О твет: 85,96 М П а.
285. П ри 298 К ст арт е изм е не ние св о бо д но й э ргии д л я ре акции
                      анд     но                          не
                                      N2O4 ! 2NO2
    рав но 5397 Д ж . Ч е м у рав на ст пе нь д иссо циации N2O4: 1) при 298 К и
                                          е
    101325 П а; 2) при 298 К и 1013250 П а?
      О твет: 0,166; 0,0531.
286. Опре д ел ит ко нст урав но в е сия К Р ре акции
                  ь          ант
                                     С + С О2 ! 2С О
     при 873 К на о сно в ании сл е д у их д анны :
                                        ющ             х
              ∆H = 167502 + 20,5 ⋅ T − 20,71 ⋅10 ⋅ T 2 + 4,27 ⋅10 −6 ⋅ T 3 ;
                                                    −3

                                   ∆G o = 119370 Д ж .
                                      298
       О твет: 0,104.
287. Д л я ре акции сго рания граф ит зав исим о ст ∆Н о т т м пе рат ры
                                          а                  ь                  е     у
     в ы ае т у не ние м
         раж   ся рав
              ∆H = −393806 − 2,51 ⋅ T + 2,72 ⋅10 −3 ⋅ T 2 − 0,92 ⋅10 −6 ⋅ T 3 .
    Н айт д л я э о й ре акции у не ние зав исим о ст ∆G o о т Т и в ы
           и      т             рав                         и                     числ ить
    ко нст урав но в е сия при Т = 3000 К , е сл и ∆G o = –
          ант                                           400      395727 Д ж .
      О твет: ∆Go = −393806 − 18,827 ⋅ T − 2,72 ⋅10−3 ⋅ T2 + 4,6 ⋅10−7 ⋅ T3 + 2,51⋅ T ⋅ lnT ;
                   T
              К 3000 = 107.
                                                                             1
288. Зав исим о ст ∆G o о т т м пе рат ры д л я ре акции С О +
                  ь          е        у                                        О2 !      С О2
                                                                             2
    в ы ае т у не ние м
        раж      ся рав
      ∆G T = −280654+11,51 ⋅ T ⋅ lg T − 11,72 ⋅10−3 ⋅ T 2 + 12,97 ⋅ 10−7 ⋅ T3 + 16,11 ⋅ T ,
           o

    а д л я ре акции С + С О2 ! 2С О у не ние м
                                        рав
        ∆G o = 167502 − 20,5 ⋅ T ⋅ ln T + 20,71 ⋅ 10−3 ⋅ T 2 − 21,34 ⋅ 10−7 ⋅ T3 − 51,04 ⋅ T .
           T
    Опред е л ит ко нст урав но в е сия ре акции 2С + О2 ! 2С О при Т =2000 К.
                 ь       ант
                      20
       О твет: 2,2⋅10 .
289. Н айт ко нст урав но в е сия при 600 К д л я ре акции С 3Н 6 + Н 2 ! С 3Н 8 по
           и       ант
     д анны о ст арт х прив е д е нны э ргиях Гиббса при 600 К и
             м       анд    ны                     х не
     ст арт х э ал ьпиях о бразо в ания при 0 К.
        анд    ны нт
       О твет: 9788.


                                              63
290. Рассчит ь ко нст у рав но в е сия д л я д иссо циации газо о бразно го
                ат             ант
     кисл о ро д а при 2000 К по у не нию О2 (г.) ! 2О (г.), по л ьзу д анны и
                                          рав                                      ясь        м
     о ст арт х прив е д е нны э ргиях Гиббса при 2000 К и ст арт х
           анд     ны                      х не                                        анд   ны
     э ал ьпиях о бразо в ания при 0 К.
      нт
       О твет: 5,3⋅10–7.
291. П о л ьзу ясь д анны и о ст арт х прив е д е нны э ргиях Гиббса и
                              м           анд      ны                  х не
     э ал ьпиях о бразо в ания, рассчит ь ко нст урав но в е сия при 1000 К д л я
      нт                                         ат          ант
     ре акции в газо в о й ф азе С О + Н 2О ! С О2 + Н 2.
       О твет: 16,83.
292. Рассчит ь ст пе нь д иссо циации Н 2О (г.) при 2000 К и 101325 П а,
                ат       е
     по л ьзу  ясь д анны и о ст арт х прив ед е нны э ргиях Гиббса и
                             м            анд     ны                   х не
     э ал ьпиях о бразо в ания.
      нт
       О твет: 0,214.
293. Рассчит е ко нст урав но в е сия д л я ре акции 4HCl + O2 ! 2Cl2 + 2H2O
                айт           ант
     при 298,16 К, испо л ьзу д анны о ст арт х прив е д е нны э ргиях
                                      я          е       анд    ны                    х не
     Гиббса и э ал ьпиях о бразо в ания у
                   нт                               частнико в ре акции.
       О твет: 1,2⋅1015.
294. Опре д ел ит ко нст урав но в е сия при 1000 К д л я ре акции
                   е          ант
                                       С 2Н 4 + Н 2 ! С 2Н 6,
     испо л ьзу д анны о ст арт х прив е д е нны э ргиях Гиббса и э ал ь-
                 я          е      анд        ны                х не                       нт
     пиях о бразо в ания у     част  нико в ре акции.
       О твет: 2,89.
295. Н а о сно в е сл е д у их д анны рассчит е ∆Ho при 298,16 К д л я ре акции
                           ющ               х          айт      0
                                          в                 в
                         NaOH⋅H2O (т .) ! NaOH (т .) + H2O (г.).
     Д ав л е ние пара в о д ынад м о но гид рат м рав но 20 П а.
                                                     о
                                                                      G o − Ho        
                                                                   – T
                                                                               298,16
                          Ве ще ст о
                                   в                                                   
                                                                            T         
                                                                                      
                      NaOH⋅H2O (т .)    в                                     47,2
                      NaOH (т .) в                                            29,3
                      H2O (г.)                                               155,5
       О твет: 62173 Д ж /м о л ь.
296. М е т д о м Т е м кина-Ш в арцм ана о пре д е л ит ко нст у рав но в е сия К Р ре ак-
           о                                               ь       ант
     ции
                                   NiS + H2O ! NiO + H2S
     при 600 К, в о спо л ьзо в ав шись сл е д у им и д анны и:
                                                    ющ              м

                С   Р (NiS) = 38,7 + 14,2⋅10–3⋅T (Д ж /(К⋅м о л ь));
                                              –
                С   Р (Н 2О) = 30,1 + 11,3⋅10 ⋅T (Д ж /(К⋅м о л ь));
                                                3
                                            –             5 –
                    Р (NiO) = 57,3 + 3,5⋅10 ⋅T –12,2⋅10 ⋅T (Д ж /(К⋅м о л ь));
                                             3                  2
                С
                                             –
                С   Р (Н 2S) = 29,3 + 15,7⋅10 ⋅T (Д ж /(К⋅м о л ь)).
                                               3



      О твет: 8,65⋅10–6.


                                           64
297. М е т д о м Т е м кина-Ш в арцм ана найт К Р при 500 К д л я ре акции гид рат
          о                                    и                                  ации
     э ил е на
      т
                            С 2Н 4 + Н 2О (г.) ! С 2Н 5ОН (г.).

     Зав исим о ст т пл о е м ко ст о т т м пе рат ры д л я у
                  и е              и     е        у          частнико в ре акции
     в ы ают сл е д у
        раж      ся    ющим и у не ниям и:
                                    рав

               С Р (С 2Н 5ОН (г.)) = 9,04 + 0,208⋅T –6,5⋅10–5⋅T2 (Д ж /(К⋅м о л ь));
               С Р (С 2Н 4) = 8,7 + 0,13⋅T –4,46⋅10–5⋅T2 (Д ж /(К⋅м о л ь));
               С Р (Н 2О) = 31,6 + 5,7⋅10–3⋅T + 3,6⋅10–6⋅T2 (Д ж /(К⋅м о л ь)).

        О твет: 1,27⋅10–2.
298. М е т д о м Т е м кина-Ш в арцм ана о пре д е л ит ко нст у рав но в е сия К Р
          о                                            ь      ант
     ре акции
                              PbSO4 ! PbO + SO3 (г.)
     при 400 К, е сл и

               С Р (PbSO4) = 45,8 + 0,129⋅T + 1,8⋅106⋅T–2 (Д ж /(К⋅м о л ь));
               С Р (PbO) = 44,4 + 0,017⋅T (Д ж /(К⋅м о л ь));
               С Р (SO3) = 57,3 + 0,027⋅T + 1,3⋅106⋅T–2 (Д ж /(К⋅м о л ь)).

      О твет: 4⋅10–26 П а.
299. М е т д о м Т е м кина-Ш в арцм ана найт ко нст урав но в е сия К Р ре акции
          о                                  и      ант

                                   С + С О2 ! 2С О

     при Т = 400, 800 и 1200 К, е сл и

               С Р (С О) = 28,8 –8,4⋅10–3⋅T + 2,3⋅10–5⋅T2 (Д ж /(К⋅м о л ь));
               С Р (С ) = 2,48 + 0,056⋅T + 5,2⋅10–5⋅T2 (Д ж /(К ⋅м о л ь));
               С Р (С О2) = 1,93 –2,67⋅10–2⋅T –2⋅10–5⋅T2 (Д ж /(К⋅м о л ь)).

       О твет: 5,47⋅10–9 П а; 3607 П а; 45,92 М П а.
300. Опре д ел ит ко нст урав но в е сия К р ре акции H2 + Cl2 ! 2HCl при 700 К,
                 ь      ант
     1000 К и 1500 К м е т д о м Т е м кина-Ш в арцм ана на о сно в ании сл е д у их
                            о                                                    ющ
     д анны :
            х

               С Р (H2) = 27,28 + 3,26⋅10–3⋅Т + 0,502⋅105⋅T–2 (Д ж /(К⋅м о л ь));
               С Р (Cl2) = 36,69 + 1,05⋅10–3⋅Т –2,52⋅105⋅T–2 (Д ж /(К⋅м о л ь));
               С Р (HCl) = 26,53 + 4,6⋅10–3⋅Т + 1,09⋅105⋅T–2 (Д ж /(К⋅м о л ь)).

      О твет: 3,47⋅10–3; 0,031; 0,156.


                                          65
                                  П РИ Л О Ж Е Н И Е

                                                                      Т а ица
                                                                         бл  1
                   Ко нст ы у не ния Т е м кина-Ш в арцм ана
                         ант рав
         1  ∆Ho                                                               
ln K =    ⋅−
         R 
           
               T
                298 + ∆So +
                        298
                            i
                               ∑
                              νi ai M 0 +
                                          i
                                               ∑
                                            νibi M1 +
                                                      i
                                                       ∑νici M 2 + ∑
                                                                   i
                                                                     νici′M −2 
                                                                               
                                                                               

           Т, К            М0            М 1⋅10–3      М 2⋅10–6      М –2⋅105
           300           0,0000          0,0000        0,0000        0,0000
           400           0,0392          0,0130        0,0043        0,0364
           500           0,1133          0,0407        0,0149        0,0916
           600           0,1962          0,0759        0,0303        0,1423
           700           0,2794          0,1153        0,0498        0,1853
           800           0,3597          0,1574        0,0733        0,2213
           900           0,4361          0,2012        0,1004        0,2521
          1000           0,5088          0,2463        0,1134        0,2783
          1100           0,5765          0,2922        0,1652        0,2988
          1200           0,6410          0,3389        0,2029        0,3176
          1300           0,7019          0,3860        0,2440        0,3340
          1400           0,7595          0,4336        0,2886        0,3484
          1500           0,8141          0,4814        0,3362        0,3610
          1600           0,8665          0,5296        0,3877        0,3723
          1700           0,9162          0,5780        0,4424        0,3824
          1800           0,9635          0,6265        0,5005        0,3915
          1900           1,0090          0,6752        0,5619        0,3998
          2000           1,0525          0,7240        0,6265        0,4072
          2100           1,0940          0,7730        0,6948        0,4140
          2200           1,1340          0,8220        0,7662        0,4203
          2300           1,1730          0,8711        0,8411        0,4260
          2400           1,2100          0,9203        0,9192        0,4314
          2500           1,2460          0,9696        1,0008        0,4363
          2600           1,2800          1,0189        1,0856        0,4408
          2700           1,3140          1,0383        1,1738        0,4451
          2800           1,3460          1,1177        1,2654        0,4490
          2900           1,3775          1,1672        1,3603        0,4527
          3000           1,4080          1,2166        1,4585        0,4562


                                     66
                                                                        Т а ица
                                                                           бл  2

                                                       G o − Ho 
      С т арт е прив е д е нны э ргии Гиббса  T
         анд    ны                е не                
                                                               0
                                                                 
                                                           T    i
  при т м пе рат ре Т и ст арт е э ал ьпии о бразо в ания ∆H o , i
       е        у         анд      ны нт                            0
                 при Т = 0 К д л я не ко т ры в е ще ст
                                          о х          в


                        G o − Ho 
                        T       0
                                                                        ∆H o , i ,
В ещ ест-                   T     , Д ж /(К⋅м о л ь)                      0
   во                            i                                  кД ж /м о л ь
            Т =298,16 К Т = 600 К Т =1000 К              Т = 2000 К
H2           – 102,257     – 122,185 –    137,026        – 157,653          0
Cl2          – 192,255     – 214,627 –    232,003        – 256,730          0
О            – 138,407                  – 165,101        – 179,912     245,12
О2           – 176,063     – 196,514 –    212,171        – 234,806          0
HCl          – 157,862     – 178,188 –    193,175        – 214,430     –91,38
H2O (г.)     – 155,645     – 178,933 –    196,857        – 223,467    –238,95
СО           – 168,657     – 189,209 –    204,556        – 226,313    –113,72
С О2         – 182,297     – 206,012 –    226,522        – 258,906    –414,01
С 2Н 4       – 184,012     – 212,129 –    239,701                       60,76
С 2Н 6       – 189,410     – 222,087 –    255,684                      –69,11
С 3Н 6       – 221,543     – 259,617 –    299,449                       35,43
С 3Н 8       – 220,622     – 263,299 –    310,034                      –81,51


                                             67
                 С И С К И С О Л ЬЗО В А Н Н О Й Л И Т Е РА Т У РЫ
                  П   О     П

1. С т м бе рг А.Г., С е м че нко Д .П . Ф изиче ская х им ия: У че б. д л я х им . спе ц. в у
       ро                                                                                     -
   зо в / П о д ре д . А.Г. С т м бе рга. – М .: Вы шк., 2001. –527 с.
                               ро                  сш.
2. С т м бе рг А.Г., Л е л ьчу Х .А., Карт шинская А.И. С бо рник зад ач по х им и-
       ро                         к              у
   че ско й т рм о д инам ике . –М .:Вы
               е                           сш. шк., 1985. –192 с.
3. Карапе т    ьянц М .Х . Х им иче ская т рм о д инам ика. – М .: Х им ия, 1975. –584 с.
                                            е
4. Карапе т    ьянц М .Х . П рим е ры и зад ачи по х им иче ско й т рм о д инам ике . – М .:
                                                                     е
   Х им ия, 1974. – 302 с.
5. Э т кинс П . Ф изиче ская х им ия. –М .: М ир, 1980. Т .1. – 580 с.
6. П риго ж ин И., Д е ф э Р. Х им иче ская т рм о д инам ика. Н о в о сибирск: Н ау
                              й                    е                                       ка,
   1966. –510 с.
7. П о но м аре в а К.С . С бо рник зад ач по ф изиче ско й х им ии. – М .: ГН Т И , 1962. –
   232 с.
8. Л або в иц П ., Аре нс Д ж . Зад ачи по ф изиче ско й х им ии с ре ше ниям и. – М .:
   М ир, 1972. –443 с.




С о ст ит л и:
      ав е            Крав че нко Т ам ара Ал е ксанд ро в на
                      Вв е д е нский Ал е ксанд р Викт ро в ич
                                                          о
                      Ко зад е ро в Ол е г Ал е ксанд ро в ич


Ре д акт р
        о             Бунина Т .Д .



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика