ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФБГОУ «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Н.Г. Комарова, Н.Л.Пантелеева

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Часть 1

Методические указания для самостоятельной подготовки студентов к контрольным опросам по физической химии

Барнаул 2013

УДК 541.1.

Комарова Н.Г., Пантелеева Н.Л. Вопросы и задания по физической химии. Часть 1. Методические указания для самостоятельной подготовки студентов к контрольным опросам по физической химии/ Н.Г. Комарова, Н.Л.Пантелеева; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2013. – 30 с.

Методические указания содержат вопросы и задания для контроля знаний по основам химической термодинамики (І и IІ начало термодинамики), химическому равновесию и фазовому равновесию.

технология неорганических веществ», «Технология переработки пластмасс и эластомеров»;

направление 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» по профилям: «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Машины и аппараты химических производств»;

направление 260100 по профилям: «Технология хранения и переработки зерна», «Технология хлеба, макарон и кондитерских изделий», «Технология бродильных производств и виноделие»;

направление 260800 «Технология продукции и организация общественного питания»;

направление 260200 «Продукты питания животного происхождения», профиль «Технология молока и молочных продуктов».

Рассмотрена и одобрена на заседании кафедры ТППиЭ.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание ……………………………………………………………………3

Тема 1 Основы химической термодинамики. Первое начало термодинамики. Теплота и работа различных процессов. Расчет тепловых эффектов при Т = 298 К и

при любой другой температуре ……………………………………………4

Вопросы………………………………………………………………………..4

Задание 1……………………………………………………………………….5

Задание 2……………………………………………………………………….6

Задание 3……………………………………………………………………….8

Тема 2 Второе начало термодинамики…………………………………….11

Вопросы………………………………………………………………………11

Задание 1………………………………………………………………………15

Задание 2………………………………………………………………………17

Тема 3 Химическое равновесие…………………………………………….20

Вопросы……………………………………………………………………….20

Задание 1……………………………………………………………………....20

Задание 2………………………………………………………………………24

Тема 4 Фазовые равновесия………………………………………………...28 Вопросы………………………………………………………………………..28 Задание 1……………………………………………………………………….29 Задание 2……………………………………………………………………….29 Литература……………………………………………………………………..30

3

Тема 1 Основы химической термодинамики. Первое начало термодинамики. Теплота и работа различных процессов.

Расчет тепловых эффектов при Т = 298 К и при любой другой температуре Вопросы

1Предмет физической химии.

2Законы идеальных газов.

3Реальные газы.

4Виды систем (изолированная, закрытая, открытая).

6Изменение свойств системы.

7Теплоемкость: молярная, удельная, изохорная, изобарная.

8Теплоемкость твердых тел. Зависимость теплоемкости твердых тел от температуры.

9Интерполяционные уравнения.

10Теплоемкость газов.

11Теплоемкость жидкостей.

12Первое начало термодинамики.

1311. Теплота процесса.

14Работа процесса.

15Уравнения состояния идеального газа.

16Расчет теплоты и работы различных процессов.

17Закон Гесса.

18Типы тепловых эффектов.

19Расчет тепловых эффектов при Т = 298 К.

20Уравнение Кирхгофа: получение.

21Уравнение Кирхгофа: анализ.

22Интегрирование уравнения Кирхгофа.

4

Задание 1

1.1Рассчитайте молярную теплоемкость золота при 1000 К.

1.2Составьте уравнение зависимости Ср от температуры для АgBr по справочным данным.

1.3Рассчитайте теплоемкость изобарную и изохорную 2 кг О2 по классической теории теплоемкости газов.

1.4Каково соотношение между Ср и Сv для идеального двухатомного газа.

1.5Каково соотношение между Ср и Сv для идеального газа с трехатомной нелинейной молекулой.

1.6Рассчитайте теплоемкость 1 моль КСl при 800 К по интерполяционному уравнению.

1.7Рассчитайте удельную теплоемкость MgO, используя правила Дюлонга и Пти и Неймана – Коппа.

1.8Рассчитайте Сv и Ср 2 моль аргона.

1.9Рассчитайте удельную изохорную теплоемкость СО2 при 298 К.

1.10Рассчитайте теплоемкость изобарную и изохорную 1 кг СО2 по классической теории теплоемкости газов.

1.11Рассчитайте удельную теплоемкость 28 г азота при Р = соnst и при V =

соnst.

1.12Рассчитайте Сv и Ср 20 г водорода.

1.13Каково соотношение между Ср и Сv для 1 моль SO2.

1.14Каково соотношение между Ср и Сv для 1 моль NO2.

1.15Каково соотношение между Ср и Сv для 1 моль NO.

1.16Каково соотношение между Ср и Сv для 1 моль N2O.

1.17Каково соотношение между Ср и Сv для 1 моль СО2.

1.18Каково соотношение между Ср и Сv для 1 моль Н2S.

1.19Рассчитайте удельную теплоемкость Mg(OН)2, используя правила Дюлонга и Пти и Неймана – Коппа.

1.20Рассчитайте Сv и Ср 2 моль Н2О(газ).

5

1.21Рассчитайте удельную изобарную теплоемкость SO2 при 298 К.

1.22Рассчитайте удельную изобарную теплоемкость N2O.

4 NO + 6 H2O = 4 NH3 + 5 O2 , используя справочные данные.

Задание 2

2.1100 г азота находятся при 0 оС и 1,01 · 105 Па. Рассчитайте теплоту изотермического расширения азота до объема 200 л.

2.2Два газа – одноатомный и двухатомный – адиабатически расширяются. Для какого из этих газов работа расширения будет больше, если и число молей обоих газов одинаково, и температура того и другого газа понизилась на одинаковую величину?

2.3160 г азота находится при 0 оС и 1,01 · 105 Па. Рассчитайте теплоту изохорического увеличения давления до 1,52 · 105 Па.

2.4Рассчитайте работу при изобарном нагревании 5 моль водорода от 300 до

400 К.

2.5Рассчитать работу при изобарном охлаждении двух моль кислорода от 400

до 300 К.

2.6Рассчитайте работу при адиабатическом охлаждении двух моль кислорода от 400 до 300 К.

2.7Рассчитайте работу, совершаемую одним молем одноатомного идеального газа при адиабатическом расширении, если температура газа понизилась при этом на 88,2 оС.

2.8Рассчитайте работу расширения 2 кмоль водорода при изобарном нагревании от 300 до 1500 К.

6

2.9 Рассчитайте работу расширения 2 кмоль СО2 при изотермическом расширении от 10 до 100 м3 при температуре 300 К.

2.10Сколько выделится теплоты при охлаждении 5 кг железа от 500 до 400 К? Теплоемкость считать постоянной.

2.11Рассчитайте теплоту и работу при изобарическом нагревании трех моль Н2 от 200 до 300 К.

2.12Сколько выделится теплоты при охлаждении 2 кг цинка от 400 до 300 К? Теплоемкость считать постоянной.

2.13При температуре 300 К идеальный газ изотермически и обратимо расширяется от 10-2 до 10 м3. Количество поглощенного при этом тепла равно 17,26 кДж. Сколько молей газа участвует в этом процессе?

2.14Какова связь между тепловым эффектом при стандартных условиях при постоянном давлении Qр и тепловым эффектом при постоянном объеме Qv для

реакции СО + 3 Н2 = СН4 + Н2О(ж)?

2.15Что больше для реакции 4 NO + 6 H2O = 4 NH3 + 5 O2 при 150 оС Qр или Qv. Аргументируйте ответ.

2.16Рассчитайте количество теплоты при разложении двух моль соли при

стандартных условиях: NH4Cl(тв) = NH3(газ) + HCl(газ)

2.17 Рассчитайте теплоту реакции и работу расширения при 298 К: СО + 3 Н2 = СН4 + Н2О(газ)

2.18Рассчитайте стандартную теплоту реакции: 2Н2 + СО = СН3ОН(газ) а) при постоянном давлении; б) при постоянном объеме.

2.19Рассчитайте количество теплоты, необходимое для получения одного моля аммиака при температуре 298 К по реакции: 4 NO + 6 H2O = 4 NH3 + 5

O2.

2.20 Рассчитайте тепловой эффект реакции получения 1 моль аммиака при стандартных условиях по уравнению: 2 N2 + 6 H2O(газ) = 4 NH3 + 3 O2.

2.21 Рассчитайте теплоту разложения при стандартных условиях 1 моль NO2

7

по реакции:

2 NO2 = 2 NO+ О2

2.22 Рассчитайте теплоту разложения 1 кг Са(ОН)2 при 298 К по реакции: Са(ОН)2 = СаО + Н2О(газ)

2.23 Рассчитайте теплоту образования одного моль SO3 при 298 К по реакции: 2 SO2 + О2 = 2 SO3

2.24 Рассчитайте теплоту приведенной ниже реакции при 298 К: СО + 3Н2 = СН4+ Н2О(газ)

2.25 Рассчитайте стандартную теплоту сгорания фталевой кислоты С8Н6О4(тв) при 298 К, используя справочные данные.

Задание 3

3.1Каково соотношение между изменением энтальпии Н и внутренней энергии U для реакции 2 NО = N2О4, протекающей при 500 К.

3.2Рассчитайте изменение энтальпии при нагревании 128 г газообразного метанола от 400 до 900 К, учитывая зависимость Ср = ƒ (Т).

3.3Используя справочные данные, рассчитайте тепловой эффект реакции при

500 К:

СО + 3 Н2 = СН4 + Н2О(газ)

3.4 Изобразите примерную зависимость теплоты реакции от температуры для реакции: Н2О(ж) = Н2О(газ)

3.5 Для некоторой химической реакции изменение теплоемкости как функция температуры выражается уравнением Ср = а + вТ, где а и в меньше нуля. Изобразите схематически график зависимости теплового эффекта этой реакции.

3.6 Каково соотношение между тепловым эффектом при постоянном давлении и тепловым эффектом при постоянном объеме в интервале от 298 до 600 К для реакции 2 СО = СО2 + С?

8

3.7Как изменится тепловой эффект реакции 2 SO2 + О2 = 2 SO3 при повышении температуры? Изобразите примерную зависимость.

3.8Рассчитайте теплоту реакции 4 NO + 6 H2O = 4 NH3 + 5 O2 при 600 К.

3.9Рассчитайте теплоту реакции 2 SO2 + О2 = 2 SO3 при 700 К. Теплоемкость считать постоянной.

3.10Изобразите примерную зависимость теплоты реакции 2 SO2 + О2 = 2 SO3 от температуры, используя справочные данные.

3.11Как изменится тепловой эффект реакции 2 СО = СО2 + С при повышении

СаО + Н2О(газ)

3.15Рассчитайте теплоту реакции 2 N2 + 6 H2O(газ) = 4 NH3 + 3 O2 при 500 К.

3.16Рассчитайте теплоту реакции при постоянном объеме СО2 + С = 2 СО

давлении и при постоянном объеме (Qр – Qv ) реакции СН3СНО(г) + Н2 = С2Н5ОН(ж) при 600 К. Как изменится эта разница, если спирт перевести в газообразное состояние?

9

3.22 Рассчитайте тепловой эффект реакции С6Н6 + 3 Н2 = С6Н12, протекающей при температуре 1000 К и постоянном объеме, учитывая зависимость Ср = ƒ (Т).

3.23 Изобразите схематически график зависимости теплового эффекта и теплоемкостей продуктов и исходных веществ от температуры для перехода ромбической серы в моноклинную, если в интервале температур от 0 до 95,4 оС разность теплоемкостей (Ср мон – Ср ромб) постоянна и составляет 0, 93 Дж/моль·К.

3.24Рассчитайте теплоту сгорания антрацена С14Н10 при 500 К. В интервале температур 298-500 Ср принять постоянной.

3.25Рассчитайте тепловой эффект реакции С6Н6 + 3 Н2 = С6Н12, протекающей при температуре 600 К и постоянном давлении. В интервале температур 298-600 Ср принять постоянной.

3.26Известно, что теплота испарения воды убывает с ростом температуры. Что можно сказать о теплоемкости жидкой и газообразной воды (какая больше?).

10