Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный технический университет - УПИ»

Нижнетагильский технологический институт (филиал) УГТУ-УПИ

РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Методические указания и контрольные задания

для выполнения расчетных работ

для студентов металлургических специальностей

очно-заочной формы обучения

Нижний Тагил

2008

УДК.541.1

Составители: О.Ю.Сидоров, Н.А.Беркутов

Научный редактор: доц., канд.техн.наук Н.А.Аристова

РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ: методические указания и контрольные задания для выполнения расчетных работ для студентов металлургических специальностей очно-заочной формы обучения/ сост. О.Ю.Сидоров, Н.А.Беркутов; Нинетагил.технолог.институт (филиал) УГТУ-УПИ. – Нижний Тагил: НТИ(ф) УГТУ-УПИ, 2008. – 40 с.

Предназначены для использования при выполнении студентами металлургических специальностей очно-заочной формы обучения расчетных работ по курсу «Физическая химия».

Методические указания включают примеры решения задач и варианты заданий для индивидуального решения.

Библиогр.: 7 назв. Табл. 7. Рис.1.

Подготовлено кафедрой химии

Оглавление

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА № 1 ПО ТЕМЕ «ТЕРМОДИНАМИКА» 16

Задачи 1, 2, 3 16

Задача 4 24

Задача 5 25

Задача 6 26

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА № 2 ПО ТЕМЕ «РАСТВОРЫ» 28

Задача 7 28

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА № 3 ПО ТЕМЕ «ЭЛЕКТРОХИМИЯ» 33

Задача 8 33

Задача 9 36

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 37

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 38

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 39

Требования к оформлению расчетных работ

Преподаватель выдает студенту номер решаемого варианта индивидуального задания.

Задание включает три расчетных работы.

Задание выполняется на листах белой бумаги формата А4 с одной стороны листа.

На проверку принимаются работы, содержащие выполненные все три расчетные работы.

Условия задач и их решения должны быть написаны аккуратно, четко, без помарок, пригодны для нормального чтения.

Результаты вычислений по формулам должны содержать сами формулы и данные в них подставляемые, а также ответы с размерностью получаемой величины. Размерность величины должна быть подтверждена соответствующим выводом.

Графики должны быть построены следующим образом: на ось ординат наносится функция, на ось абсцисс – аргумент с указанием единиц измерения. На осях наносится десятичная шкала согласно выбранному масштабу. Единицы масштаба должны быть выбраны из условия хорошей «читаемости» построенного графика.

Размерности всех величин должны быть приведены к системе СИ.

Пояснения к некоторым единицам измерения и некоторые физические постоянные приведены в приложении 1.

Структура выполненной расчетной работы должна быть следующей:

1. Титульный лист (приложение 2);

2. Расчетная работа №1; условия задач и их решения;

3. Расчетная работа №2; условие задачи и ее решение;

4. Расчетная работа №3; условие задач и их решения.

Работы не соответствующие описанным требованиям не принимаются.

Решение типовых задач Термодинамика

Задача 1. Из опытных данных известно, что теплота сгорания Н₂ составляет –241,84 кДж/моль, теплота сгорания СО в СО₂ составляет –285,16 кДж/моль. Определить тепловой эффект реакции

.

Решение. По условию задачи имеем

-285,16 кДж/моль

- 241,84 кДж/моль

Вычтем из первой реакции вторую, получим

- 43,32 кДж/моль

или в обычном написании реакция имеет вид

- 43,32 кДж/моль

Задача 2. На какую величину при Т=298 К отличается тепловой эффект сгорания нафталина при постоянном давлении от теплового эффекта при постоянном объеме согласно реакции

т ж)+ ?

Решение. Используем формулу , где - число молей продуктов реакции минус число молей исходных веществ в газообразном состоянии.

,

Дж/моль.

Задача 3. Определить тепловой эффект реакции при Т=500 К реакции образования газообразного ацетона из метана и диоксида углерода:

г)+ (г)+ ,

а также составить уравнение зависимости теплового эффекта от температуры для указанной реакции.

Решение.

Зависимость теплового эффекта от температуры определяется уравнением Кирхгофа:

.

Для определения необходимо знать зависимость теплоемкости от температуры, выраженную уравнением

или

для исходных веществ и продуктов реакции.

Для нахождения необходимо знать тепловой эффект реакции при какой-либо температуре, который обычно определяется на основании стандартных теплот образования соединений из простых веществ по уравнению

(обр.прод.)- (обр.исх).

Из справочника [1] берем данные, необходимые для решения задачи, и вносим их в таблицу.

Вещество	(обр) кДж/моль					Температурный интервал, К
		Дж/(моль . К)
Н2О (г)	-241,81	30,00	10,71	0,33		273 – 2000
СН3СОСН3 (г)	-217,57	22,47	201,80		-63,50	298 – 1500
СО2	-393,51	44,14	9,04	-8,54		298 – 2500
СН4	-74,85	14,32	74,66		-17,43	240 – 1500

Дж/моль

Согласно уравнению Кирхгофа

,

или

.

Следовательно,

.

(прод.) (исх.)

;

(прод.) (исх.

;

(прод.) (исх.

;

;

Дж/моль.

Зависимость теплового эффекта реакции от температуры выразится уравнением

.

Значение теплового эффекта при 500 К

, Дж/моль.

Задача 4. Зависимость константы равновесия реакции от температуры выражается уравнением типа

1. Определить константу равновесия при температуре Т=1000 К.

2. Определить тепловой эффект реакции при температуре Т.

3. Определить стандартное сродство реагирующих веществ и изменение энтропии при температуре Т.

Решение.

Рассчитаем константу равновесия при заданной температуре

.

.

Тепловой эффект реакции найдем, используя уравнение изобары химической реакции

.

.

.

.

Дж/моль

Стандартное сродство и изменение энтропии определим, используя определение термодинамического потенциала

.

Дж/моль.

Дж/(моль ^. К).