ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Тема 2 Второе начало термодинамики.

Вопросы

1 Термодинамически обратимые и необратимые процессы.

2Формулировки второго начала термодинамики.

3Математическое выражение второго начала термодинамики (для обратимого и необратимого процесса), напишите в дифференциальной и интегральной форме.

4Энтропия.

5Расчет изменения энтропии.

6Расчет абсолютного значения энтропии.

7Изменение энтропии как критерий направления процесса в изолированной системе.

8Критерий направления процесса при Р, Т = соnst.

9Критерий направления процесса при V, Т = соnst.

10Критерий направления процесса при Р, S = соnst.

11Критерий направления процесса при V, S = соnst.

12Как зависит изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса) от

температуры при Р = соnst? Напишите математическое выражение этой зависимости в дифференциальной и интегральной форме.

13Как зависит изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса) от давления при Т = соnst и при условии, что единственный вид работы – работа расширения? Напишите математическое выражение этой зависимости в дифференциальной и интегральной форме.

14Как зависит изохорно-изотермический потенциал (энергия Гельмгольца) от температуры при V = соnst при условии, что единственный вид работы – работа расширения? Напишите математическое выражение этой зависимости в дифференциальной и интегральной форме.

15Как зависит изохорно-изотермический потенциал (энергия Гельмгольца)

11

от объема системы при Т = соnst и при условии, что единственный вид работы

– работа расширения? Напишите математическое выражение этой зависимости в дифференциальной и интегральной форме.

16Как зависит энтальпия системы от давления при S = соnst и при условии, что единственный вид работы – работа расширения? Напишите математическое выражение этой зависимости в дифференциальной и интегральной форме.

17Как зависит энтальпия системы от энтропии при Р = соnst и при условии, что единственный вид работы – работа расширения? Напишите математическое выражение этой зависимости в дифференциальной и интегральной форме.

18Как зависит внутренняя энергия системы от объема при S = соnst и при условии, что единственный вид работы – работа расширения? Напишите математическое выражение этой зависимости в дифференциальной и интегральной форме.

19Как зависит внутренняя энергия системы от энтропии при V = соnst и при условии, что единственный вид работы – работа расширения? Напишите математическое выражение этой зависимости в дифференциальной и интегральной форме.

20Как рассчитать изменение энтропии при изменении температуры в изохорном процессе, если принять теплоемкость постоянной?

21Как рассчитать изменение энтропии при изменении температуры в изобарном процессе, если: а) принять теплоемкость постоянной; б) учитывая зависимость Ср = ƒ (Т)?

22Как рассчитать изменение энтропии при изменении температуры и объема системы, если принять теплоемкость постоянной?

23Как рассчитать изменение энтропии при изменении температуры и давления, если принять теплоемкость постоянной?

24Как рассчитать изменение энтропии при изменении температуры,

12

давления и объема системы, если принять теплоемкость постоянной?

25Как рассчитать изменение энтропии, происходящее в ходе химической реакции?

26Как рассчитать изменение энтропии при фазовом превращении?

27Как рассчитать изменение энтропии при смешении газов?

28К какому значению стремится энтропия правильно образованного кристалла при приближении температуры к абсолютному нулю?

29Для некоторой реакции при постоянных температуре и давлении рассчитаны

S > 0.

В некотором самопроизвольно протекающем изобарно-изотермическом процессе энтропия убывает. Сопоставьте изменение энергии Гиббса ( G) и тепловой эффект процесса ( Н) по величине. Что больше?

33Как изменяется энергия Гиббса системы при нагревании газа и при его конденсации в условиях постоянства Р и Т?

34За счет чего совершается максимальная полезная работа химической реакции при постоянстве давления и температуры?

35 Напишите уравнение, связывающее изменение энергии Гельмгольца ( F), и изменение внутренней энергии ( U) в термодинамическом процессе при постоянной температуре.

36 При каких условиях внутренняя энергия системы может служить

13

критерием направленности процесса? Как она изменяется в ходе самопроизвольного процесса в этих условиях?

потенциал, F) в процессе изотермического сжатия идеального газа?

39 Укажите, в каком процессе и при каких условиях убыль внутренней энергии равна максимальной полезной работе?

40 Каково соотношение между энергией Гиббса (G) и энергией Гельмгольца

(F) для данной термодинамической системы? Напишите математическое выражение.

41 Как изменяется энтропия (при постоянстве внутренней энергии и объема) и энергией Гиббса (при постоянстве Р и Т) в ходе самопроизвольного процесса? 42 В каком соотношении находятся мольные энтропии трех агрегатных состояний одного вещества – пара, жидкости, твердого тела? Что больше?

43 Как изменится величина G процесса, если при переходе от начального состояния к конечному сначала провести его обратимо, а затем необратимо? 44 В изолированной системе самопроизвольно протекает химическая реакция с образованием некоторого количества продукта. Как изменится энтропия такой системы?

45 Как изменится энтропия изолированной системы, в которой обратимо кристаллизуется вещество?

46 Равновесная система состоит из трех частей, каждая из которых обладает определенной энтропией S1, S2, S3. Как можно выразить энтропию системы в целом?

47 При каких условиях энтальпия является критерием самопроизвольного протекания процесса? Каково ее изменение в этих условиях?

температуре Т, если образующийся пар подчиняется законам идеальных газов? 49 Какое фундаментальное положение позволяет рассчитать абсолютную энтропию вещества при любой заданной температуре? В чем сущность этого утверждения?

50 Какой термодинамический потенциал следует выбирать в качестве критерия направленности реакции, если она протекает в закрытом автоклаве при постоянной температуре? Каково условие самопроизвольного протекания процесса, выраженное с помощью этого потенциала?

51 Как меняется энтропия вещества при его нагревании? Ответ обосновать.

Задание 1

1.1Возможна ли реакция при стандартных условиях: N2+1/2 O2 = N2O. Ответ обосновать.

1.2Возможно ли самопроизвольное образование SO2 из простых веществ при стандартных условиях?

1.3Пойдет ли реакция в стандартных условиях: СО + О2 = СО2

1.4Используя справочные данные, определите, будет ли образовываться SO2 из S(ромб) при стандартных условиях.

1.5Возможно ли самопроизвольное образование СН4 из простых веществ при стандартных условиях?

1.6Пойдет ли реакция разложения при стандартных условиях: МgCO3 = MgO + CO2. Ответ обосновать.

1.7Возможен ли процесс разложения NH4Cl на HCl и NH3 при стандартных условиях? Ответ обосновать.

1.8Пойдет ли реакция в стандартных условиях: С6Н6 + 3 Н2 = С6Н12. Ответ обосновать.

1.9Возможно ли самопроизвольное образование SO3 из простых веществ при стандартных условиях?

15

1.10Пойдет ли реакция в стандартных условиях: S2 (г) + 2 Н2 = 2 Н2S. Ответ обосновать.

1.11Пойдет ли реакция в стандартных условиях: 1/2 N2 + O2 = NO2. Ответ обосновать.

1.12 Пойдет ли реакция в стандартных условиях: СН3СНО(г) + Н2 = С2Н5ОН(ж). Ответ обосновать.

1.13Пойдет ли реакция в стандартных условиях: СО2 + С = 2 СО. Ответ обосновать.

1.14Пойдет ли реакция в стандартных условиях: 2 SO2 + О2 = 2 SO3 . Ответ обосновать.

1.15Пойдет ли реакция разложения в стандартных условиях: СаCO3 = СаO + CO2. Ответ обосновать.

1.16Пойдет ли реакция разложения в стандартных условиях: Са(ОН)2 = СаО + Н2О(газ). Ответ обосновать.

1.17Возможно ли самопроизвольное образование этанаиз простых веществ при стандартных условиях? Ответ обосновать.

1.18Возможно ли самопроизвольное образование этиленаиз простых веществ при стандартных условиях? Ответ обосновать.

1.19Возможно ли самопроизвольное образование ацетиленаиз простых веществ при стандартных условиях? Ответ обосновать.

1.20Возможно ли самопроизвольное образование СS2(г) из простых веществ при стандартных условиях? Ответ обосновать.

1.21Возможно ли самопроизвольное образование СОCl2 из простых веществ при стандартных условиях? Ответ обосновать.

1.22Возможно ли самопроизвольное образование H2O(газ) из простых веществ при стандартных условиях? Ответ обосновать.

1.23Определить, будет ли образовываться SO2 из S(монокл) при стандартных условиях.

Ответ обосновать.

16

1.24Возможно ли самопроизвольное образование NH3 из простых веществ при стандартных условиях? Ответ обосновать.

1.25Используя справочные данные, определите, будет ли образовываться SO2 из S(газ) при стандартных условиях.

Задание 2

2.1В результате расширения 20 кг гелия при 298 К объем газа увеличился в 1000 раз. Рассчитайте изменение энтропии.

2.2Рассчитайте изменение изохорно-изотермического потенциала (энергия Гельмгольца, F) в реакции С4Н10 = С4Н6 + 2Н2, протекающей в газовой фазе

при 300 К, если тепловой эффект этой реакции при постоянном давлении Н = 237 кДж, а изменение энтропии 230 Дж/К.

2.3В результате сжатия 32 г О2 при 200 К давление газа увеличилось в 10 раз. Рассчитайте изменение энтропии, считая кислород идеальным газом.

2.4В результате сжатия 64 г О2 при 250 К объем газа уменьшился в 10 раз. Рассчитайте изменение энтропии, считая кислород идеальным газом.

2.5Рассчитайте изменение изохорно-изотермического потенциала (энергия Гельмгольца, F) при увеличении объема 1 моля Cl2 на 10 м3 при Р = 103 Па при постоянной температуре.

2.6Рассчитайте изменение изобарно-изотермического потенциала (энергия Гиббса, G ) при сжатии 1 киломоля Н2 от 10 до 1 м3 при Т = 1000 К.

2.7 Рассчитайте изменение энтропии при смешении 9 м3 Н2 и 1 м3 СО при 300 К и давлении 1,01 · 105 Па.

2.828 г азота при 300 К нагревают при постоянном давлении до температуры 400 К. Рассчитайте изменение энтропии, считая азот идеальным газом и учитывая зависимость Ср = ƒ (Т).

2.9Рассчитайте величину G для перехода 1 моля кипящей при атмосферном давлении воды в пар с последующим расширением пара при той же

17

температуре до 0,05 м3.

2.10Рассчитайте изменение энтропии при изобарическом нагревании 3 моль кислорода от 300 до 400 К, считая Ср = ƒ (Т).

2.11Рассчитайте изменение энтропии при изохорическом нагревании 36 г Н2О(газ) от 300 до 400 К, считая теплоемкость постоянной в этом интервале температур.

2.12Рассчитайте изменение энтропии при изотермическом расширении 56 г азота, в результате которого объем системы увеличился в 3 раза, при температуре 300 К.

2.13Рассчитайте изменение энтропии при изотермическом сжатии 14 г СО в идеальном газообразном состоянии от 105 до 106 Па при1000 К.

2.14Сравните изменение изохорно-изотермического потенциала (энергия Гельмгольца, F) и изменение изобарно-изотермического потенциала (энергия Гиббса, G) при плавлении льда при температуре 273 К и давлении

1,01·105 Па.

2.15Жидкость превращается в пар при определенной температуре и давлении.

Каково соотношение между G и F для этого процесса? Что больше? 2.16 Рассчитайте стандартное изменение энтропии для реакции

Возможно ли самопроизвольное протекание реакции в этих условиях?

2.19 Определите абсолютную энтропию 1 моля жидкой воды при 10 оС и давлении 1,01·105 Па, считая теплоемкость воды в интервале температур от 10

18

Возможно ли самопроизвольное протекание реакции в этих условиях?

19

Тема 3 Химическое равновесие. Вопросы

1Химический потенциал и общие условия равновесия системы.

2Закон действующих масс.

3Уравнение изотермы химической реакции. Анализ уравнения.

4Термодинамическая теория химического сродства. Анализ уравнения.

5Способы выражения константы химического равновесия, их размерности.

6Связь между константами химического равновесия.

7Способы выражения состава равновесной смеси.

8Влияние различных факторов на смещение равновесия (на состав равновесной смеси).

9Методы определения константы химического равновесия при различной температуре (из справочных данных).

1.2 Выразить состав равновесной смеси и Кс при известном объеме системы и