Индивидуальные задания по физической химии
.pdfПример 4.3. Рассчитайте изменение энергии Гиббса G0 и энергии Гельмгольца А0 для химической реакции Pb(т) + + Cl2(г) = PbCl2(т), протекающей в гальваническом элементе. ЭДС гальванического элемента E0 равна 1,192 В при 25 С. Объемом твердых веществ можно пренебречь. Газ считайте идеальным.
Решение. Термодинамические функции G0 и А0 для электрохимических реакций рассчитывают по уравнениям:
G0 = nFE0; А0 = G0 RT ,
где n – количество электронов, участвующих в реакции; F – постоянная Фарадея, F = 96500 Кл/моль; – изменение количества вещества газов в ходе реакции, моль.
В данной реакции = 0 – 1 = 1; n = 2. Тогда:
G0 = 2 96500 1,192 = 230056 Дж/моль;А0 = 230056 + 8,314 298 = 227578 Дж/моль.
Пример 4.5. |
Рассчитайте |
изменение энтальпии H0 |
и количество теплоты Q, поглощающейся или выделяющейся |
||
в ходе реакции, |
протекающей |
в гальваническом элементе |
Cd CdCl2║KCl AgCl,Ag при температуре 298 К. ЭДС элемента E0 равна 0,6753 В. Температурный коэффициент ЭДС (dE/dT )Р равен 6,5 10–4 В/К.
Решение. Изменение энтальпии H0 рассчитывают по формуле
H0 = G0 + Т S0.
Для электрохимических реакций ее можно записать в виде
H0 = nFE0 + nFT (dE/dT )Р.
Первое слагаемое правой части этого уравнения ( G0) характеризует свободную энергию гальванического элемента, т.е. ту энергию, которая превращается в полезную работу. Второе
51
слагаемое представляет связанную энергию Т S0. Это так называемая обратимая теплота Q или часть энтальпии, которая в работу не превращается. Рассчитаем обратимую теплоту и изменение энтальпии:
Q = nFT (dE/dT )Р = 2 96500 298( 6,5 10–4) = 37384,1 Дж/моль;H0 = 2 96500 0,6753 + ( 37384,1) = 167717,1 Дж/моль.
Сопоставим теплоту обратимого процесса с изменением энтальпии:
Q 0 100 % 37384,1 100 % 22,3 %.H 167717
Таким образом, теплота, выделяющаяся при работе электрохимического элемента, составляет 22,3 % от общей убыли энтальпии.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия:
учеб. – М.: Высш. шк., 2009. – 527 с.
2.Физическая химия. Применение расчетных методов в химической термодинамике: учеб. пособие / О.И. Бахирева [и др.]. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 220 с.
3.Киселева Е.В., Каретников Г.С., Кудряшов И.В. Сборник примеров и задач по физической химии: учеб. пособие. – Подольск: Промиздат, 2008. – 456 с.
4.Краткий справочник физико-химических величин: справочник / под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономаревой. – М.: Азbook, 2009. – 238 с.
52
Приложение 1
Энтальпии образования веществ, стандартные энтропии,
температурные коэффициенты в уравнении теплоемкости
Ср0 = а + bТ + с'Т –2
Вещество |
H 0f ,298 , |
|
S2980 , |
|
Коэффициенты уравнения |
Темпера- |
||||
|
кДж |
|
Дж |
|
CP0 = f (T), |
|
Дж |
|
турный |
|
|
|
|
|
интервал, |
||||||
|
моль К |
|||||||||
|
моль |
|
моль К |
|||||||
|
|
|
|
|
К |
|||||
|
|
|
а |
b 103 |
с' 10–5 |
|||||
|
|
|
|
|
||||||
Ag (т) |
0 |
|
42,55 |
|
23,97 |
5,27 |
–0,25 |
273 – 1234 |
||
Al2O3(т) |
–1675,69 |
|
50,92 |
|
114,56 |
12,89 |
–34,31 |
298 – 1800 |
||
Al2(SO4)3(т) |
–3441,80 |
|
239,20 |
|
366,31 |
62,59 |
–112,47 |
298 – 1100 |
||
BaCO3(т) |
–1210,85 |
|
112,13 |
|
86,90 |
48,95 |
–11,97 |
298 – 1040 |
||
BaO(т) |
–553,54 |
|
70,29 |
|
53,30 |
4,35 |
–8,28 |
298 – 1270 |
||
Ba(OH)2(т) |
–943,49 |
|
100,83 |
|
70,71 |
91,63 |
– |
298 – 681 |
||
Br2(г) |
30,91 |
|
245,37 |
|
37,32 |
0,50 |
–1,26 |
298 – 1600 |
||
С(графит) |
0 |
|
5,74 |
|
16,86 |
4,77 |
–8,54 |
298 – 2500 |
||
СО(г) |
–110,53 |
|
197,55 |
|
28,41 |
4,10 |
–0,46 |
298 – 2500 |
||
СО2(г) |
–393,51 |
|
213,66 |
|
44,14 |
9,04 |
–8,54 |
298 – 2500 |
||
CS2(г) |
116,70 |
|
237,77 |
|
52,09 |
6,69 |
–7,53 |
298 – 1800 |
||
СаСО3(т) |
–1206,83 |
|
91,71 |
|
104,52 |
21,92 |
–25,94 |
298 – 1200 |
||
СаО(т) |
–635,09 |
|
38,07 |
|
49,62 |
4,52 |
–6,95 |
298 – 1800 |
||
Са(ОН)2(т) |
–985,12 |
|
83,39 |
|
105,19 |
12,01 |
–19,00 |
298 – 600 |
||
Cl2(г) |
0 |
|
222,98 |
|
37,03 |
0,67 |
–2,85 |
298 – 3000 |
||
CuO(т) |
–162,00 |
|
42,63 |
|
43,83 |
16,77 |
–5,88 |
298 – 1359 |
||
CuS(т) |
–53,14 |
|
66,53 |
|
44,35 |
11,05 |
– |
298 – 1273 |
||
Fe- (т) |
0 |
|
27,15 |
|
17,24 |
24,77 |
– |
298 – 700 |
||
FeO(т) |
–264,85 |
|
60,75 |
|
50,80 |
8,61 |
–3,31 |
298 – 1650 |
||
Fe2O3(т) |
–822,16 |
|
87,45 |
|
97,74 |
72,13 |
–12,89 |
298 – 1000 |
||
Fe3O4(т) |
–1117,13 |
|
146,19 |
|
86,27 |
208,92 |
– |
298 – 866 |
||
FeS2(т) |
–177,40 |
|
52,93 |
|
74,81 |
5,52 |
–12,76 |
298 – 1000 |
||
Н2(г) |
0 |
|
130,52 |
|
27,28 |
3,26 |
0,50 |
298 – 3000 |
||
HBr(г) |
–36,38 |
|
198,58 |
|
26,15 |
5,86 |
1,09 |
298 – 1600 |
||
HCl(г) |
–92,31 |
|
186,79 |
|
26,53 |
4,60 |
1,09 |
298 – 2000 |
||
Н2О(г) |
–241,81 |
|
188,72 |
|
30,00 |
10,71 |
0,33 |
298 – 2500 |
||
Н2О(ж) |
–285,83 |
|
69,95 |
|
39,02 |
76,64 |
11,96 |
273 – 380 |
||
Н2S(г) |
–20,60 |
|
205,70 |
|
29,37 |
15,40 |
– |
298 – 1800 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
53 |
Вещество |
H 0f ,298 , |
|
S2980 , |
|
Коэффициенты уравнения |
Темпера- |
||||
|
кДж |
|
Дж |
|
CP0 = f (T), |
|
Дж |
|
турный |
|
|
|
|
|
интервал, |
||||||
|
моль К |
|||||||||
|
моль |
|
моль К |
|||||||
|
|
|
|
|
К |
|||||
|
|
|
а |
b 103 |
с' 10–5 |
|||||
|
|
|
|
|
||||||
KOH(т) |
–424,72 |
|
79,28 |
|
42,66 |
76,79 |
– |
298 – 522 |
||
K2CO3(т) |
–1150,18 |
|
155,52 |
|
80,29 |
109,04 |
– |
630 – 1171 |
||
MgCO3(т) |
–1095,85 |
|
65,10 |
|
77,91 |
57,74 |
–17,41 |
298 – 750 |
||
MgO(т) |
–601,49 |
|
27,07 |
|
48,98 |
3,14 |
–11,44 |
298 – 3000 |
||
Mg(OH)2(т) |
–924,66 |
|
63,18 |
|
46,99 |
102,85 |
– |
298 – 541 |
||
N2(г) |
0 |
|
191,50 |
|
27,88 |
4,27 |
– |
298 – 2500 |
||
NH3(г) |
–45,94 |
|
192,66 |
|
29,80 |
25,48 |
–1,67 |
298 – 1800 |
||
NO(г) |
91,26 |
|
210,64 |
|
29,58 |
3,85 |
–0,59 |
298 – 2500 |
||
NO2(г) |
34,19 |
|
240,06 |
|
41,16 |
11,33 |
–7,02 |
298 – 1500 |
||
NaHCO3(т) |
–947,30 |
|
102,10 |
|
44,89 |
143,89 |
– |
298 – 500 |
||
Na2CO3- (т) |
–1130,80 |
|
138,80 |
|
70,63 |
135,60 |
– |
298 – 723 |
||
NiO- (т) |
–239,74 |
|
37,99 |
|
–20,88 |
157,23 |
16,28 |
298 – 525 |
||
NiS(т) |
–79,50 |
|
52,97 |
|
38,70 |
26,78 |
– |
273 – 597 |
||
O2(г) |
0 |
|
205,04 |
|
31,46 |
3,39 |
–3,77 |
298 – 3000 |
||
PbO(т) |
–217,61 |
|
68,70 |
|
37,87 |
26,78 |
– |
298 – 1000 |
||
PbSO4(т) |
–920,48 |
|
148,57 |
|
45,86 |
129,70 |
17,57 |
298 – 1100 |
||
S(ромб) |
0 |
|
31,92 |
|
22,68 |
– |
|
– |
273 – 368 |
|
S2(г) |
128,37 |
|
228,03 |
|
36,11 |
1,09 |
–3,51 |
298 – 2000 |
||
SO2(г) |
–296,90 |
|
248,07 |
|
46,19 |
7,87 |
–7,70 |
298 – 2000 |
||
SO3(г) |
–395,85 |
|
256,69 |
|
64,98 |
11,75 |
–16,37 |
298 – 1300 |
||
Sn(т) |
0 |
|
51,55 |
|
21,59 |
18,10 |
– |
298 – 505 |
||
SnO2(т) |
–580,74 |
|
52,30 |
|
73,85 |
10,04 |
–21,59 |
298 – 1500 |
||
Ti(т) |
0 |
|
30,63 |
|
21,10 |
10,54 |
– |
298 – 1155 |
||
TiO2(рутил) |
–944,75 |
|
50,33 |
|
62,86 |
11,36 |
–9,96 |
298 – 2140 |
||
ZnO(т) |
–348,11 |
|
43,51 |
|
48,99 |
5,10 |
–9,12 |
298 – 1600 |
||
ZnS(т) |
–205,18 |
|
57,66 |
|
49,25 |
5,27 |
–4,85 |
298 – 1290 |
||
54
Приложение 2
Предельные эквивалентные электропроводности ионов в водных растворах при 298 К
Ион , Ом–1 (моль-экв)–1 см2 |
|
Ион |
|
, Ом–1 (моль-экв)–1 см2 |
|
H+ |
349,8 |
|
CI– |
|
76,35 |
NH4+ |
73,5 |
|
NO2– |
|
72,0 |
Li+ |
38,6 |
|
– |
|
62,3* |
|
|
|
NO3 |
|
|
K+ |
73,5 |
|
|
71,46 |
|
Na+ |
50,1 |
|
BrO3 |
|
55,8 |
Zn2+ |
54,0 |
|
I– |
|
76,8 |
Cu2+ |
56,6 |
|
H2PO4– |
|
36,0 |
Cа2+ |
59,5 |
|
HCOO– |
|
54,6 |
Mg2+ |
53,0 |
|
CH3COO |
40,9 |
|
Sr2+ |
59,4 |
|
C2H5COO |
35,8 |
|
OH– |
171,0* |
|
C6H5COO |
|
32,3 |
|
|
||||
198,3 |
|
2– |
|
68,4* |
|
|
|
|
SO4 |
|
|
CN– |
78,0 |
|
|
80,0 |
|
* Электропроводность иона при температуре 291 К
Приложение 3
Константы диссоциации слабых кислот и оснований в водных растворах при 298 К
Электролит |
K |
HCN |
7,9·10–10 |
HNO2 |
4,0·10–4 |
HOCl |
3,2·10–8 |
H3PO4 |
(I) 7,11·10–3 |
CH3COOH |
1,75·10–5 |
C6H5OH |
1,01·10–10 |
C6H5COOH |
6,3·10–5 |
NH4OH |
1,77·10–5 |
55
56
Приложение 4
Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
Период |
|
|
I |
|
|
II |
|
|
III |
|
|
|
|
IV |
|
|
|
|
V |
|
|
VI |
|
|
VII |
|
|
|
|
VIII |
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
He |
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,00794 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4,0026 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
водород |
|
|
|
|
|
|
|
гелий |
|
|
||||
2 |
|
Li |
|
3 |
Be |
|
4 |
B |
|
5 |
C |
|
|
|
|
6 |
N |
|
|
7 |
O |
|
|
8 |
F |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
Ne |
|
10 |
|||||
|
6,941 |
|
9,01218 |
|
|
10,81 |
|
|
12,011 |
|
|
|
|
14,0067 |
|
15,9994 |
|
|
18,9984 |
|
|
|
|
|
|
|
|
20,179 |
|
|||||||||||||
|
|
литий |
|
бериллий |
|
|
бор |
|
|
углерод |
|
|
|
азот |
|
|
|
кислород |
фтор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
неон |
|
|
|||||||||||
3 |
|
Na |
|
11 |
Mg |
|
12 |
Al |
|
13 |
Si |
|
|
|
|
14 |
P |
|
|
15 |
S |
|
|
16 |
Cl |
|
17 |
|
|
|
|
|
|
|
Ar |
|
18 |
|||||
|
22,98977 |
|
24,305 |
|
|
|
26,98154 |
|
28,0855 |
|
|
|
30,97376 |
|
32,06 |
|
|
|
35,453 |
|
|
|
|
|
|
|
|
39,948 |
|
|||||||||||||
|
|
натрий |
|
магний |
|
|
|
алюминий |
|
кремний |
|
|
фосфор |
|
сера |
|
|
|
хлор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
аргон |
|
|
|||||||||||
|
|
K |
|
19 |
Ca |
|
20 |
21 |
|
Sc |
22 |
|
|
|
|
|
Ti |
23 |
|
|
V |
24 |
|
|
Cr |
25 |
|
|
Mn |
26 |
|
|
Fe |
27 |
|
Co |
28 |
|
|
Ni |
||
4 |
|
39,0983 |
|
40,08 |
|
|
|
|
44,9559 |
|
|
|
|
|
|
47,9 |
|
|
50,9415 |
|
|
|
51,996 |
|
|
|
54,938 |
|
|
55,847 |
58,9332 |
|
|
|
58,7 |
|||||||
|
калий |
|
кальций |
|
|
|
скандий |
|
|
|
|
|
|
титан |
|
|
ванадий |
|
|
|
хром |
|
|
марганец |
|
|
железо |
|
кобальт |
|
|
|
никель |
|||||||||
|
|
29 |
|
|
Cu |
30 |
|
Zn |
Ga |
|
31 |
Ge |
|
|
|
|
32 |
As |
|
|
33 |
Se |
|
|
34 |
Br |
|
35 |
|
|
|
|
|
|
|
Kr |
|
36 |
||||
|
|
|
|
|
63,546 |
|
65,38 |
69,72 |
|
|
72,59 |
|
|
|
|
|
74,9216 |
|
78,96 |
|
|
|
79,904 |
|
|
|
|
|
|
|
|
83,8 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
медь |
|
цинк |
галлий |
|
|
германий |
|
мышьяк |
|
селен |
|
|
|
бром |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
криптон |
|
||||||||||||
|
|
Rb |
|
37 |
Sr |
|
38 |
39 |
|
Y |
40 |
|
|
|
|
|
Zr |
41 |
|
Nb |
42 |
|
|
Mo |
43 |
|
|
Tc |
44 |
|
Ru |
45 |
|
Rh |
46 |
|
|
Pd |
||||
5 |
|
85,467 |
|
87,62 |
|
|
|
|
88,9059 |
|
|
|
|
|
|
91,22 |
|
|
92,9064 |
|
|
|
95,94 |
|
|
|
98,9062 |
|
|
101,07 |
102,905 |
|
|
|
106,4 |
|||||||
|
рубидий |
|
стронций |
|
|
|
иттрий |
|
|
цирконий |
|
|
ниобий |
|
молибден |
|
|
технеций |
|
|
рутений |
|
родий |
|
|
палладий |
||||||||||||||||
|
|
47 |
|
|
Ag |
48 |
|
Cd |
In |
|
49 |
Sn |
|
|
|
|
50 |
Sb |
|
|
51 |
Te |
|
|
52 |
I |
|
53 |
|
|
|
|
|
|
|
Xe |
|
54 |
||||
|
|
|
|
107,8682 |
|
112,41 |
114,82 |
|
|
118,69 |
|
|
|
|
121,75 |
|
|
127,6 |
|
|
|
126,9045 |
|
|
|
|
|
|
|
131,3 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
серебро |
|
кадмий |
индий |
|
|
олово |
|
|
|
|
сурьма |
|
|
теллур |
|
йод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ксенон |
|
|||||||||||
|
|
Cs |
|
55 |
Ba |
|
56 |
57 |
La* |
72 |
|
|
|
|
|
Hf |
73 |
|
|
Ta |
74 |
|
|
W |
75 |
|
|
Re |
76 |
|
|
Os |
77 |
|
Ir |
78 |
|
|
Pt |
|||
6 |
|
132,9054 |
|
137,33 |
|
|
|
138,9055 |
|
|
|
|
|
178,49 |
|
180,9479 |
|
|
|
183,85 |
|
|
|
186,207 |
|
|
190,2 |
192,22 |
|
|
|
195,09 |
||||||||||
|
цезий |
|
барий |
|
|
|
|
лантан |
|
|
|
|
гафний |
|
|
тантал |
|
вольфрам |
|
|
|
рений |
|
|
осмий |
|
иридий |
|
|
платина |
||||||||||||
|
|
79 |
|
|
Au |
80 |
Hg |
Tl |
|
81 |
Pb |
|
|
|
|
82 |
Bi |
|
|
83 |
Po |
|
|
84 |
At |
|
85 |
|
|
|
|
|
|
|
Rn |
|
86 |
|||||
|
|
|
|
196,9665 |
|
200,59 |
204,37 |
|
|
207,2 |
|
|
|
|
|
208,9804 |
|
[209] |
|
|
|
[210] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[222] |
|
|
||||||||
|
|
|
|
золото |
|
ртуть |
таллий |
|
|
свинец |
|
|
|
висмут |
|
|
полоний |
|
астат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
радон |
|
|
|||||||||||
7 |
|
Fr |
|
87 |
Ra |
|
88 |
89 |
Ac** |
104 |
|
|
|
|
Rf |
105 |
|
Db |
106 |
|
|
Sg |
107 |
|
Bh |
108 |
|
Hs |
109 |
|
Mt |
110 |
|
Ds |
||||||||
|
223,02 |
|
226,0254 |
|
|
227,028 |
|
|
[261] |
|
|
|
|
|
[262] |
|
дубний |
[265] |
сиборгий |
[267] |
|
борий |
[269] |
хассий |
[266] |
|
|
[269] |
|
|
||||||||||||
|
|
франций |
|
радий |
|
|
|
актиний |
резерфордий |
|
|
|
|
|
|
|
|
мейтнерий |
дармштадтий |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*лантаноиды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
58 |
|
Ce |
59 |
Pr |
60 |
Nd |
61 |
|
Pm |
62 Sm |
63 |
|
|
|
Eu |
64 |
|
Gd |
65 |
Tb |
66 |
Dy |
67 |
Ho |
68 |
|
Er |
69 |
Tm |
70 |
Yb |
71 |
Lu |
|||||||||
|
140,12 |
|
140,9077 |
144,24 |
|
[145] |
|
150,4 |
|
|
|
|
151,96 |
|
157,25 |
158,9254 |
|
162,5 |
|
|
164,93 |
|
|
167,26 |
|
168,934 |
|
173,04 |
|
174,967 |
||||||||||||
|
церий |
|
празеодим |
неодим |
|
прометий |
|
самарий |
|
|
|
европий |
гадолиний |
|
тербий |
|
диспрозий |
|
|
гольмий |
|
|
эрбий |
|
тулий |
|
иттербий |
|
лютеций |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
**актиноиды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
90 |
|
Th |
91 |
Pa |
92 |
U |
93 |
|
Np |
94 |
|
Pu |
95 |
|
|
|
Am |
96 |
Cm |
97 |
Bk |
98 |
Cf |
99 |
Es |
100 |
Fm |
101 Md |
102 No |
103 |
Lr |
|||||||||||
232,0381 |
|
231,036 |
238,029 |
237,0482 |
|
244,064 |
|
|
|
|
243,06 |
|
247,07 |
|
247,07 |
|
251,08 |
|
|
252,083 |
|
257,095 |
|
258,099 |
|
259,101 |
|
260,105 |
||||||||||||||
|
торий |
|
протактиний |
|
уран |
|
нептуний |
|
плутоний |
|
|
америций |
|
кюрий |
|
берклий |
|
калифорний |
эйнштейний |
|
фермий |
менделевий |
|
нобелий |
|
лоуренсий |
||||||||||||||||
56
Учебное издание
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Методические указания для самостоятельной работы студентов
Составители: Соколова Мария Михайловна,
Бахирева Ольга Ивановна
Редактор и корректор Е.В. Копытина
Подписано в печать 05.06.2015. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 3,75. Тираж 100 экз. Заказ № 110/2015.
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета.
Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, к. 113.
Тел. (342) 219-80-33.
57