Контрольная на тему Контрольная работа 120225-01

Контрольная работа
по физической химии



























Содержание


Задача 1 3
Задача 2 6
Задача 3 9
Задача 4 13
Задача 5 14
Задача 6 18
Задача 7 20
Задача 8 26
Задача 9 29
Задача 10 32
Задача 11 34
Задача 12 38
Список используемой литературы 40

Задача 1

Процесс протекает в соответствии с уравнением реакции при температуре Т (табл. 1). Рассчитать ?Н0, ?S0, ?G0 процесса при 298 К (прил.. табл. 1. рис. 1).
1.1. Дать термодинамическую характеристику процесса, исходя из величин изменений термодинамических функций при стандартных условиях.
1.2. Рассчитать ?Н0, ?S0, ?G0 процесса при температуре Т и оценить ее влияние на направление протекания процесса. Расчеты производить на основании справочных данных о термодинамических свойствах веществ по предложенному алгоритму (прил., табл. I. схема 1).
Таблица 1
Вариант
Уравнение процесса
T, К

8
Mg(OH)2(K) = MgO(K) + H2O(г)
320


Решение
Для расчета ?Н0, ?S0, ?G0 при 298К выпишем термодинамические свойства участников реакции (прил., табл 1)
Термодинамические свойства
Mg(OH)2(K)
MgO(K)
H2O(г)

?Н0 (298). кДж/моль
-924,66
-601,49
-241,81

S°, Дж/моль•К
63,18
27,07
188,72

?G0 (298). кДж/моль
-833,75
-569,27
-228,61

Cp0(298). Дж/моль•К)
76,99
37,2
33,61

1.1. При стандартных условиях изменение энтальпии химической реакции ?Н0, изменение энтропии ?S0 и изменение энергии Гиббса химической реакции ?G0 рассчитаем по формулам, используя закон Гесса:

?Н0 = ?(n• ?H0)кон - ?(n• ?H0)нач = (?Н0(MgO(к)) + ?Н0(H2O(г))) - ?Н0(Mg(OH)2(к)) = (-601,49 + (-241,81)) – (-924,66) = 81,36 кДж
?S0 = ?(n• S)кон - ?(n• S)нач = (S0(MgO(к)) + S0(H2O(г))) - S0(Mg(OH)2(к)) = (27,07 + 188,72) – 63,18 = 152,61 Дж/К = 0,153 кДж/К
?G0 = ?(n• ?G0)кон - ?(n• ?G0)нач = (?G0(MgO(к)) + ?G0(H2O(г))) - ?G0(Mg(OH)2(к)) = (-569,27 + (-228,61)) – (-833,75) = 35,87 кДж
?G0 можно рассчитать вторым способом по уравнению Гиббса:
?G0 = ?Н0-Т•?S0 = 81,36 - 298•0,153 = 35,77 кДж
Величины ?G0 (298), рассчитанные двумя способами, практически совпадают.
Так как ?Н0 >0, то при 298К реакция является эндотермической, т.е. идет с поглощением тепла.
Так как ?S0 >0, то при 298К в результате протекания реакции в прямом направлении беспорядок увеличивается.
Так как ?G0>0, то при 298К самопроизвольно может протекать обратная реакция. Прямой самопроизвольный процесс маловероятен.
1.2. Для расчета термодинамических функций при температуре 320 К необходимо знать величину изменения теплоемкости химической реакции
?Сp0 = ?(n• Сp0)кон - ?(n• Сp0)нач = (Сp0(MgO(к)) + Сp0(H2O(г))) - Сp0(Mg(OH)2(к)) = (37,2 + 33,61) – 76,99 = -6,18 Дж/К = -0,0062 кДж/К
Рассчитаем тепловой эффект реакции ?Н0T и изменение энтропии ?S0T при 320К, пренебрегая зависимостями теплоемкостей веществ от температуры:




Изменение энергии Гиббса при 320К будет равно:
?G0T= ?Н0T -Т•?S0T= 81,22 - 320•0,153 = 32,26 кДж
При температуре 320К процесс по-прежнему протекает в обратном направлении, т. к. ?G0T> 0, но с ростом температуры ?G0T уменьшается, т.е. усиливается реакция, протекающая в прямом направлении.
Задача 2

В воде объемом V (H2O) растворили m граммов вещества А (табл. 2).
2.1. Вычислить тепловой эффект растворения, используя справочные данные об интегральных теплотах растворения вещества А (прил., табл. I, III).
2.2. Рассчитать, на сколько градусов изменится температура раствора ?T в результате растворения вещества А. Величины удельных теплоемкостей веществ взять в справочных таблицах или рассчитать, используя стандартные молярные теплоемкости (прил., табл. IV).
Таблица 2
Вариант
Вещество А
V(H2O), мл
Масса m, г

8
NaCl
80
8

Решение
2.1. Для определения справочной величины интегральной теплоты растворения NaCl в воде ?Нm необходимо знать моляльную концентрацию полученною раствора NaCl, которую рассчитаем по формуле:

моль/кг
Для нахождения ?Нm(NaCl) из справочной табл. II (прил.) выбираем моляльные концентрации, между которыми находится рассчитанная величина 1.71 моль/кг Н2О и соответствующие этим концентрациям величины ?Нm:
Сm(1)= 1 моль/кг; ?Нm(1)=3,79 кДж/моль
Сm(2)= 2 моль/кг; ?Нm(2)=3,18 кДж/моль
Искомую величину ?Нm при Сm= 1,71 моль/кг можно найти методом графической интерполяции (см. рис. 1):


Рис. 1. Определение интегральной теплоты растворения соли методом графической интерполяции
Находим, что ?Нm = 3,355 кДж/моль.
2.2. Изменение температуры ?Т можно найти из формулы, связывающей тепловой эффект процесса растворения ?Нm с массами и удельными теплоемкостями веществ, участвующих в процессе растворения:
?Нm = -(m(H2O)•C(H2O)+m(NaCl)•C(NaCl))•?T/n(NaCl),
Откуда


Здесь m(H2O), m(NaCl) - массы воды и соли, г;
С(H2O) = Сp(H2O)/M(H2O) = 75,30/18 = 4,18 Дж/(г•кг),
C(NaCl)= Сp(NaCl)/M(NaCl) = 49,71/58,5 = 0,85 Дж/(г•кг) - удельные теплоемкости воды и соли;
n(NaCl)= m(NaCl)/M(NaCl) = 8/58,5 = 0,137 моль - количество соли NaCl.
В результате растворения соли NaCl в воде температура в системе понижается, т. к. процесс растворения соли - эндотермический.
Задача 3