Физическая химия

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский технологический институт
(Технический университет)
Нараев В.Н.
Физическая химия
Учебное пособие для студентов заочной формы обучения инженерных специальностей
Санкт-Петербург
2007

Стоимость выполнения контрольных работ 1, 2, 3 уточняйте при заказе
Стоимость выполнения контрольных работ 4, 5, 6 уточняйте при заказе
Готовы следующие варианты:

Вариант 02

Контрольная работа 1
Задание 1.1
Определите изобарный и изохорный тепловые эффекты реакции С4Н10 = С4Н8 + Н2 в стандартных условиях (Т=298 К, Р = 1013220 Па) на основании справочных значений (КС) теплот образования: а) с учетом агрегатного состояния всех веществ, участвующих в реакции; б) полагая, что все участники реакции находятся в идеальном газообразном состоянии.
Задание 1.2
Определите графически температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции С4Н10 = С4Н8 + Н2 при температуре 800 К и опишите характер изменения теплового эффекта реакции с ростом температуры.
Задание 1.3
Используя справочные данные для температурной зависимости истинной теплоемкости участников реакции С4Н10 = С4Н8 + Н2
а) составьте уравнение для температурной зависимости теплового эффекта реакции;
б) установите интервал температур, для которого оно справедливо;
в) постройте график зависимости и ;
г) рассчитайте изобарный и изохорный тепловые эффекты реакции при заданной температуре Т = 800 К.
Задание 1.4
Определите абсолютную энтропию HCl при заданных температуре Т2 >298 К (=1000К) и давлении Р2< 1013220 Па (0,30 ∙105 Па) на основании справочных данных для стандартного значения энтропии и истинной изобарной теплоемкости. Изменение энтропии при нагревании вещества определить путем аналитического и графического интегрирования температурной зависимости теплоемкости.
Задание 1.5
Определите изменение энтропии в результате протекания химической реакции С4Н10 = С4Н8 + Н2 в стандартных условиях и при температуре 800 К (все вещества, участвующие в реакции находятся в идеальном газообразном состоянии). Для выполнения задания воспользуйтесь уравнением, составленном при выполнении задания 1.2. Постройте график зависимости.
Задание 1.6
Для обратимой химической реакции СО + Н2О - Н2 + СО2 определите: а) изменение энергии Гиббса при стандартном давлении и температуре Т(T=800К);
б) константу равновесия реакции при заданной температуре Т;
в) изменение энергии Гиббса при температуре Т и парциальных (неравновесных) давлениях реагентов равных РВ, РС, РD, PE. На основании расчетов сделайте заключение о направленности протекания самопроизвольного процесса в заданных условиях.
Выразите в общем виде взаимосвязь между константой равновесия и химической переменной (глубиной превращения) реакции, полагая, что все участники реакции взяты в стехиометрических количествах и находятся в идеальном состоянии. Проанализируйте, как повлияет на равновесный выход продукта D:
а) увеличение (в изотермических условиях) общего давления в системе;
б) разбавление реакционной смеси инертных газом в изобарно-изотермических условиях.
Задание 1.7
Для химической реакции СО + Н2О - Н2 + СО2 определить степень превращения вещества B(D), C(E) и определите состав равновесной газовой смеси (мол. %) при температуре 800 К и атмосферном давлении, если исходные вещества взяты в количествах nо = 2 моль.
Для расчета температурных зависимостей воспользуйтесь справочными значениями средних изобарных теплоемкостей участников реакции.
Задание 1.8
Используя справочные данные для температурной зависимости истинной теплоемкости веществ, участвующих в химической реакции СО + Н2О - Н2 + СО2, составьте уравнение температурных зависимостей теплового эффекта, константы равновесия и убедитесь в их правильности.
Задание 1.9
Определите парциальное давление вещества СO2 при давлении Р=1атм и стехиометрическом соотношении начальных веществ реакции Fe2O3 + 3CO - 2Fe + 3CO2. Для расчетов воспользуйтесь значениями средней изобарной теплоемкости реагентов.

Контрольная работа 2
Задание 2.1
На основании справочных данных для температурной зависимости давления насыщенного пара над жидкостью (этанолом) определите:
а) коэффициенты А и В в уравнении Клайперона - Клаузиуса lnP = A-B/T;
б) теплоту испарения жидкости
в) температуру кипения при атмосферном давлении
Задание 2.2
Используя диаграммы «температура кипения – состав» при давлении 1атм, определите:
1) число фаз и состав фаз в системах составов Х1 и Х2 при температурах t1-t4.
2) Число степеней свободы в системах составов Х1 и Х2 при температурах t1-t4.
3) При какой температуре закипит жидкость состава Х1 и каков будет состав пара в равновесии с кипящей жидкостью?
4) Как будет изменяться состав жидкой и газообразной фазы по мере повышения температуры исходной жидкости?
5) Соотношение между количеством жидкой фазы и газообразной фазы и каково количество молей веществ в фазах при температуре tB для системы состава Х1, если исходная масса смеси равна 10 кг?
6) Какие вещества и в каком количестве можно получить при ректификации 10 кг жидкости состава Х1?
7) Каким будет состав первых капель жидкости при конденсации пара состава Х1?
8) Парциальные давления компонентов в смеси состава Х1 при температуре кипения, если раствор считать идеальным
9) Подчиняется ли система состава Х1 при температуре кипения закону Рауля и объясните причины отклонения от идеального раствора.
Задание 2.3
На основании диаграммы состояния «температура плавления – состав» для двухкомпонентной системы веществ CeCl3 и ВaCl2.
1. Определите тип диаграммы плавкости
2. Объясните значение всех линий полей диаграммы
3. Определите число компонентов, число фаз и состав фаз. Рассчитайте число степеней свободы для системы в состояниях, которым соответствуют фигуративные точки, отмеченные арабскими цифрами.
4. Постройте кривые охлаждения для расплавов, состав и температура которых на диаграмме соответствуют точкам, указанным римскими цифрами (I,II,III) Рассчитайте число степеней свободы на каждом участкекривой охлаждения. Укажите, как будет меняться состав жидкой фазы в процессе кристаллизации.
5. Определите, при какой температуре начинается плавление сплава, состав которого на диаграмме задается точкой 8.
6. Рассчитайте массовое количество фаз в состоянии, которому соответствует фигуративная точка 2, если известно, что суммарная масса равновесной системы составляет 12 кг.
7. Для систем, образующих химические соединения, определите формулы соединений.

Контрольная работа 3
Задание 3.1
Определите ионную силу водного раствора электролита CdSO4, если:
А) моляльная концентрация электролита CdSO4 в растворе равна 0.003 моль/кг
Б) моляльная концентрация электролита CdSO4 в растворе равна 0.003 моль/кг и в растворе присутствует электролит CuCl2 с концентрацией 0.010 моль/кг
В) запишите уравнение предельного закона Дебая и Хюккеля и на основании справочных данных о средних ионных коэффициентах активности вычертите график зависимости от m=0 до m= 3,0. На график нанесите зависимость по предельному закону Дебая и Хюккеля. Сделайте заключение.
Г) по предельному закону Дебая – Хюккеля вычислите средний ионный коэффициент активности при 298 К для раствора электролита CdSO4 с концентрацией 0.003 моль/кг и раствора CdSO4 с концентрацией 0.003 моль/кг в котором присутствует электролит CuCl2 с концентрацией 0.010 моль/кг.
Д) Определите средние ионные моляльность и активность при 298 К раствора электролита CdSO4 с концентрацией 0.003 моль/кг и раствора CdSO4 с концентрацией 0.003 моль/кг в котором присутствует электролит CuCl2 с концентрацией 0.010 моль/кг.
Задание 3.2
1) Что называется удельной, эквивалентной и молярной электрической проводимость?
2) Как зависит удельная (эквивалентная, молярная) электрическая проводимость сильного и слабого электролитов от концентрации в широком диапазоне концентраций? Представьте графически эти зависимости.
Задание 3.3
Для гальванического элемента
Pt, H2|H2SO4(m1 = 0.5)||KCl(m2 = 0.01)|Hg2Cl2(kp.)|Hg
А) Напишите уравнения потенциалопределяющих реакций и уравнение Нернста для расчета равновесных потенциалов левого и правого электродов.
Б) Определите средне-ионные активности электролитов в левом правом электродах и рассчитайте равновесные значения потенциалов этих электродов, при заданных концентрациях.
В) напишите электродные реакции, протекающие на левом и правом электродах гальванического элемента, полагая, что в электродной реакции участвует один электрон.
Г) найдите ЭДС гальванического элемента при стандартной температуре и вычислите константу равновесия реакции, протекающей самопроизвольно в гальваническом элементе, при температуре 298 К. В реакции участвует только один электрон.
Вариант 3.4
Составьте гальванический элемент, в котором протекает самопроизвольно химическая реакция А: Cd + 2AgCl + 5/2H2O = CdCl2*2,5H2O + 2Ag
Напишите уравнение, связывающее стандартное изменение энергии Гиббса в ходе химической реакции, протекающей в гальваническом элементе, со стандартным значением ЭДС гальванического элемента при температуре Т=318К
Определите:
1.стандартное значение ЭДС гальванического элемента, в котором протекает реакция А, при температуре 298 К на основании значений стандартных электродных потенциалов.
2. Стандартное значение ЭДС при температуре Т=318К на основании значения при 298 К и величины , приняв, что в указанном интервале температур зависимость линейна
3. изменение энтальпии, энтропии, энергии Гиббса и константу равновесия Ка для реакции А, протекающей в гальваническом элементе.

Контрольная работа 4
Задание 4.1
В реакторе при постоянном объеме V = 1 м3 и температуре Т протекает газофазная реакция А. В таблице 4.2.1 для этой реакции приведены результаты измерений общего давления реакционной смеси Р в зависимости от времени её протекания X. На основании данных таблицы 4.2.1 исследуйте кинетику реакции А и определите кинетические параметры: порядок реакции, константу скорости, период полупревращения.
Задание 4.2
В таблице 4.2.6 приведены значения констант скоростей k1 и k2 для реакции 2Fe2O = 2Fe2 + O2 при температурах T1 и Т2, соответственно. Используя величины k1 и k2, а также значение константы скорости k, полученное при выполнении предыдущего задания для температуры Т, постройте график в координатах и определите:...

Контрольная работа 5
Задание 5.1
В таблице для t = 20°С приведены следующие значения: 1) показатель преломления плотность раствора вещества А в веществе В с массовой долей растворенного вещества равной, 2) поляризация бесконечно разбавленного раствора вещества А в неполярном растворителе.
На основании данных таблицы, привлекая в необходимых случаях информацию из справочников, определите:
а) удельную рефракцию раствора rА,В (м3/кг и см3/г);
б) удельную рефракцию чистого вещества В rB (м3/кг и см3/г), используя справочные данные о его показателе преломления и плотности [КС];
в) удельную рефракцию вещества А rA (м3/кг и см3/г) на основании правила аддитивности, исходя из количественного состава раствора А, значений удельной рефракции раствора rА,В и чистого вещества В rB
г) молярную рефракцию вещества А (м3/моль и см3/моль), пользуясь значениями его молярной массы и удельной рефракции;
д) молярную рефракцию вещества А (м3/моль и см3/моль) по правилу аддитивности, исходя из предположений о возможном существовании у молекулы вещества А изомеров13 на основании справочных значений атомных рефракций и инкрементов рефракций связей [КС], а затем подтвердите или опровергните структуру молекулы вещества А.
e) момент электрического диполя вещества А (Кл∙м и Д) и сопоставьте его со справочными данными.
Задание 5.2
I. Запишите электронные конфигурации: 1) атомов N и O; 2) молекулы N-O (за основу примите энергетические уровни - молекулярные орбитали гомоядерных молекул)
II. Нарисуйте схематически энергетическую диаграмму молекулы N-O и распределите электроны на энергетических уровнях.
III. Определите: 1) терм основного электронного состояния молекулы N-O; 2) порядок связи в молекуле N-O.
IV. Установите, обладает ли: 1) вещество NO диамагнитными или парамагнитными свойствами? 2) молекула N-O электрическим диполем.
V. Как изменится: 1) энергия связи, если молекулу NO перевести в состояние иона NO+; 2) равновесное межъядерное расстояние, если молекулу NO перевести в состояние иона NO+ ; 3) энергия связи, если молекулу NO перевести в состояние иона NO-; 4) равновесное межъядерное расстояние, если молекулу NO перевести в состояние иона NO-.

Контрольная работа 6
Задание 6.1
Выведите уравнения для:
1) расчета изменения энергии вращения двухатомной молекулы как жесткого ротатора при переходе ее на соседний, более высокий квантовый уровень энергии вращательного движения;
2) зависимости волнового числа вращательных линий в спектре поглощения двухатомной молекул от вращательного квантового числа;
3) расчета разности волновых чисел соседних линий во вращательном спектре поглощения двухатомной молекулы;
4) вычисления равновесного межъядерного расстояния на основании значения разности волновых чисел соседних линий во вращательном спектр поглощения.
Задание 6.2
Напишите квантово-механическое уравнение энергии колебательного движения молекулы как гармонического и ангармонического осциллятора. Выведите уравнение для расчета максимального колебательного квантового числа.
На основании волнового числа собственных колебаний и ангармоничности для молекулы А, взятых из справочника [КС], определите:
а) энергию колебательного движения молекулы АВ на нулевом колебательном квантовом уровне Е0 (Дж);
б) энергию колебательного движения молекулы АВ на первом, втором и третьем колебательных квантовых уровнях (Дж);
в) максимальное колебательное квантовое число для молекулы А;
г) энергию диссоциации молекулы А (кДж/моль).
Вычертите график зависимости Екол =f(v) и укажите на графике Етах и энергию диссоциации Едис.