Физическая химия

Высшая школа технологии и энергетики СПбГУПТД

И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников
Сборник примеров и задач по физической химии
Издание шестое переработанное и дополненное
Москва
Высшая школа
1991

Стоимость решения задач по физхимии уточняйте при заказе, оформление в Word.

Многовариантные задачи
стр.66-67
Задание 1 (варианты 1-25)
Вычислите тепловой эффект реакции А при 298К: а) при P=const; б) V=const. Тепловые эффекты образования веществ при стандартных условиях возьмите из справочника.

стр.66-67
Задание 2 (варианты 1-25)
Вычислите тепловой эффект образования вещества А из простых веществ при 298К и стандартном давлении, если известна его теплота сгорания при этой температуре и стандартном давлении. Сгорание происходит до CO₂(г) и H₂O (ж).

стр.67
Задание 3 (варианты 1-25)
Вычислите выделяющуюся или поглощающуюся теплоту при разбавлении а кг водного b%-ного раствора вещества А в с кг воды при 298 К. Для расчета воспользоваться справочными данными об интегральных теплотах растворения.

стр.68
Задание 4 (варианты 1-25)
Выведите аналитическую зависимость теплового эффекта (Дж) реакции А от температуры, если известен тепловой эффект этой реакции при 298К. Уравнения зависимости C_p=f(T) возьмите из справочника. Вычислите тепловой эффект реакции при температуре T. Постройте графики зависимости ₁ⁱ∑(v_iC_p)_кон=f(T); ₁ⁱ∑(v_iC_p)_исх=f(T) и ΔH_T⁰=f(T) в том интервале температур, для которого справедливо выведенное уравнение зависимости ΔH_T⁰=f(T). Определите графически (dΔH/dT) при температуре T1. Рассчитайте ΔC_p при этой температуре.

стр.94
Задание 1 (варианты 1-21)
Рассчитайте изменение энтропии при нагревании (охлаждении) при постоянном давлении в интервале температур от Т₁ до Т₂ g кг вещества А, если известны его температуры плавления и кипения, теплоемкости в твердом, жидком и газообразном состояниях, теплоты плавления и испарения.

стр.166
Задание 1 (варианты 1-24)
По зависимости давления насыщенного пара от температуры и плотности данного вещества в твердом и жидком состоянии в тройной точке:
1) построить график зависимости lg(p) от 1/T;
2) определить по графику координаты тройной точки;
3) рассчитать среднюю теплоту испарения и возгонки;
4) построить график зависимости давления насыщенного пара от температуры;
5) определить теплоту плавления вещества при температуре тройной точки;
6) вычислить dT/dp для процесса плавления при температуре тройной точки;
7) вычислить температуру плавления вещества при давлении p, Па;
8) вычислить изменение энтропии, энергии Гиббса, энергии Гельмгольца, энтальпии и внутренней энергии для процесса возгонки 1 моль вещества в тройной точке;
9) определить число термодинамических степеней свободы при следующих значениях температуры и давления:а) T_тр.т., p_тр.т.;  б) T_н.т.к., p=1 атм;  в) T_н.т.к., p_тр.т.

стр.170
Задание 3 (варианты 1-14)
Вещество А испаряется при температуре T. Вычислите удельную теплоту испарения при этой температуре. Составьте уравнение зависимости теплоты испарения вещества А от температуры. Теплоемкости насыщенного пара и жидкости возьмите справочника, приняв, что в данном интервале температур они постоянны. Теплоты испарения при нормальной температуре кипения приведены в таблице.

стр.206
Задание 1 (варианты 1-15)
При температуре Т=306,7K давление пара раствора концентрации С=5%(по массе) неизвестного нелетучего вещества в жидком растворителе равно р=16106Па; плотность этого раствора d=1.590кг/м³. Зависимость давления насыщенного пара от температуры над жидким и твердым растворителем приведена в таблице.
Молекулярная масса растворителя М_{р-ритель}=32г/моль
1) Вычислите молекулярную массу растворенного вещества
2) Определите молярную и моляльную концентрацию раствора
3) Вычислите осмотическое давление раствора
4) Постройте кривую p=f(T) для данного раствора и растворителя
5) Определите графически температуру, при которой давление пара над растворителем будет равно р=16106Па
6) Определите графически повышение температуры кипения при давлении P раствора данной концентрации с
7) Вычислите эбуллиоскопическую постоянную всеми возможными способами и сравните эти величины между собой при нормальной температуре кипения.
8) Определите понижение температуры замерзания раствора
9) Вычислите криоскопическую постоянную
p₀=16396Па – давление пара над чистым растворителем при 306,7К

стр.224
Задание 1 (варианты 1-25)
Дана зависимость составов жидкой и находящегося с ней в равновесии пара от температуры для двухкомпонентной жидкой системы А - В при постоянном давлении.
Молярный состав жидкой фазы x и насыщенного пара y выражен в процентах вещества А.
По приведенным данным:
1. Постройте график зависимости состава пара от состава жидкой фазы при постоянном давлении;
2. Постройте диаграмму кипения системы А - В;
3. Определите температуру кипения системы с молярной долей а % вещества А. Каков состав первого пузырька пара над этой системой? При какой температуре закончится кипение системы? Каков состав последней капли жидкой фазы?
4. Определите состав пара, находящегося в равновесии с жидкой фазой, кипящей при температуре T₁;
5. При помощи какого эксперимента можно установить состав жидкой бинарной системы, если она начинает кипеть при температуре T₁ при наличии диаграммы кипения системы?
6. Какой компонент и в каком количестве может быть выделен из системы, состоящей из b кг вещества А и c кг вещества B?
7. Какого компонента и сколько надо добавить к указанной в п.6 смеси, чтобы получилась азеотропная система?
8. Какая масса вещества А будет в парах и в жидкой фазе, если 2 кг смеси с молярной долей а % вещества А нагреть до температуры T₁?
9. Определите вариантность системы в азеотропной точке.

стр.247
Задание 1 (варианты 1-25)
На основании температур начала кристаллизации двухкомпонентной системы:
1) постройте диаграмму фазового состояния (диаграмму плавкости) системы А-B;
2) обозначьте точками: I - жидкий расплав, содержащий а % вещества A при температуре Т₁; II - расплав, содержащий а % вещества А, и находящийся в равновесии с кристаллами химического соединения; III - систему, состоящую из твердого вещества А, находящегося в равновесии с расплавом, содержащим b % вещества А ; IV - равновесие фаз одинакового состава; V - равновесие трех фаз;
3) определите состав устойчивого химического соединения;
4) определите качественный и количественный составы эвтектик;
5) вычертите все типы кривых охлаждения, возможные для данной системы; укажите, каким составом на диаграмме плавкости эти кривые соответствуют;
6) в каком фазовом состоянии находятся системы, содержащие c, d, e % вещества А при температуре Т₁? Что произойдет с этими системами, если их охладить до температуры Т₂?
7) определите число фаз и число условных термодинамических степеней свободы системы при эвтектической температуре и молярной доле компонента А 95 и 5%;
8) при какой температуре начнет отвердевать расплав, содержащий с% вещества А ? При какой температуре он отвердевает полностью? Каков состав первых кристаллов?
9) при какой температуре начнет плавиться система, содержащая d % вещества A? При какой температуре она расплавится полностью? Каков состав первых капель расплава?
10) вычислите теплоты плавления веществ А и B;
11) какой компонент и сколько его выкристаллизуется из системы, если 2 кг расплава, содержащего а % вещества A, охладить от Т₁ до Т₂?

стр.309
Задание 1 (варианты 1-9)
Используя данные о свойствах растворов вещества А в воде:
1) постройте графики зависимости удельной и эквивалентной электрических проводимостей растворов вещества А от разведения V;
2) проверьте, подчиняются ли растворы вещества А в воде закону разведения Оствальда;
3) вычислите для вещества А по данным зависимостям эквивалентной электрической проводимости от концентрации эквивалентную электрическую проводимость при бесконечном разведении и сопоставьте со справочными данными.

стр.310
Задание 2 (варианты 1-19)
Рассчитайте молярную электрическую проводимость λ_m вещества А, используя эквивалентные электрические проводимости λ₀ при бесконечном разведении для следующих веществ при 298 К.

стр.310
Задание 3 (варианты 1-6)
Удельное сопротивление насыщенного раствора труднорастворимой соли А при 298К равно ρ. Удельное сопротивление воды при той же температуре ρ_H2O = 1*10⁴ Ом*м. Вычислите:
1) растворимость соли А в чистой воде;
2) произведение растворимости вещества А, приняв, что коэффициенты активности ионов γ_± = 1 (растворы сильно разбавлены);
3) растворимость вещества А в растворе, содержащем 0,01 моль вещества B;
4) растворимость вещества А в растворе, содержащем 0,01 моль вещества С. Вещества А, B, C полностью диссоциированы.

стр.334
Задание 1 (варианты 1-25)
Для концентрационного элемента, составленного из металла А в растворах электролита B с концентрациями m₁ и m₂ моль/1000г, рассчитайте ЭДС при 298К. Активность вычислите по среднему коэффициенту активности, взятому из справочника [М.], или (для разбавленных растворов) по ионной силе. Для элемента, составленного из водородного электрода в растворе электролита С с концентрацией m₃ моль/1000г и каломельного полуэлемента с концентрацией KCl m₄ моль/1000г, вычислите ЭДС и pH раствора, содержащего электролит С. Диффузионную ЭДС не учитывайте. При 298К стандартный потенциал каломельного электрода равен 0,2812В, а ионное произведение воды 1,008·10^-14. Константы диссоциации слабых электролитов найдите в справочнике [М.]

стр.335
Задание 2 (варианты 1-25)
Для окислительно-восстановительного элемента типа PtǀА, ВǁС, DǀPt по стандартным электродным потенциалам полуэлементов [М.] напишите уравнение и вычислите константы равновесия реакции окисления - восстановления. Вычислите ЭДС элемента при 298К. Укажите, можно ли практически изменить направление реакции за счет изменения концентрации компонентов. Считайте, что a_H2O = 1, a_H2 = 0,2.

стр.336
Задание 3 (варианты 1-25)
Для реакции, протекающей обратимо в гальваническом элементе, дано уравнение зависимости ЭДС от температуры. При заданной температуре T вычислите ЭДС Е, изменение энергии Гиббса ΔG, изменение энтальпии ΔH, изменение энтропии ΔS, изменение энергии Гельмгольца ΔA и теплоту Q, выделяющуюся или поглощающуюся в этом процессе. Расчет производите для 1 моль реагирующего вещества.

стр.337
Задание 4 (варианты 1-25)
Для элемента
Cd(т)ǀCdCl₂, ZnCl₂ǀ(жидкий)Cd-Sbǀ(Cd)
при 753К получены значения ЭДС для различных концентраций Cd в сплаве. Вычислите активность, коэффициент активности Cd и давление его паров над расплавом. Давление пара чистого кадмия P⁰ = 9,01 мм рт. ст.

стр.366
Задание (варианты 1-13)
Определить порядок и константу скорости реакции, протекающей при заданной температуре Т, К, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции).

стр.387
Задание (варианты 1-24)
Последовательная реакция первого порядка протекает по схеме А→P→B
При 298К удельная скорость реакции А →P равна k₁, а реакции P→B - k₂, начальная концентрация исходного вещества [А]₀.
Вычислите:
1) коэффициенты максимума кривой [P] = f(t)(максимальную концентрацию промежуточного продукта P и время ее достижения);
2) время достижения t1 концентрации исходного вещества [А]₁;
3) концентрации [P] и [B] в момент времени t1;
4) время, за которое концентрация промежуточного вещества станет равной [P]₁;
5) координаты точки перегиба кривой [B] = f(t);
6) точку пересечения кривых [А] = f(t) и [P] = f(t);
7) на основании полученных данных постройте график [P] = f(t).

стр.394
Задание (варианты 1-25)
По значениям констант скоростей реакции при двух температурах определите энергию активации, константу скорости при температуре T₃, температурный коэффициент скорости и количество вещества, израсходованное за время t, если начальные концентрации равны c₀. Учтите, что порядок реакции и молекулярность совпадают.