Термодинамические основы нанотехнологий. Энтропия, свободная энергия Гиббса. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Физико-химич

Задача 30. При образовании жидкой воды ∆Gº298 = -237,24 кДж/моль.

Найти ∆G298, если водород взят под давлением 1013,25 Па, а кислород – под давлением 25331,25 Па.

Задача 31. Стандартная энтальпия реакции Н2 12 О2 Н2О(ж) равна

-285,83 кДж/моль при 298 К, а теплоемкости имеют значения: Ср(Н2О) = = 75,3 Дж/(моль∙К), Ср(Н2) = 28,83 Дж/(моль∙К), Ср(О2) = 29,35 Дж/(моль∙К).

Изменение энергии Гиббса для реакции равно -273,24 кДж/моль в стандартных условиях. Какова его величина при 330 К?

Задача 32. Для возгонки золота Au(тв) →Au(г) ∆Н°298 = 378652 Дж/моль, ∆G°298 = 338904 Дж/моль, Ср(Au(г)) = 20,92 Дж/(моль∙К), Ср(Au(тв)) = 23,68 + + 5,2∙10-3Т Дж/(моль∙К). Найти зависимость ∆G° от температуры и на основа-

нии полученной зависимости вычислить ∆G°100.

Задача 33. Найти зависимость ∆G° от температуры для реакции

12 Н2 12 Cl2 НCl , если

∆Н°298 = -91800 Дж/моль, ∆G°298 = -94790 Дж/моль, Ср(Н2) = 29,08 – 0,837∙10–3Т + 2,008∙10–6Т2 Дж/(моль∙К),

Ср(Cl2) = 36,69 + 1,046∙10–3Т – 2,523∙105Т–2 Дж/(моль∙К),

Ср(НСl) = 26,53 + 4,602∙10–3Т + 1,088∙105Т–2 Дж/(моль∙К).

Задача 34. Для реакции FeCO3 = FeO + CO2 зависимость ∆G° от темпера-

туры имеет вид

∆G°Т = 73626 + 126,02Т – 48,28lnТ + 48,43∙10–3Т2 + 5,862∙105Т–1.

Определить ∆Н°500 и ∆S°500.

Задача 35. Определить разность энергии Гиббса и внутренней энергии 1

моль жидкого и газообразного Br2 при давлении 1,01325 бар и температуре ки-

пения -7,3°С. Теплота испарения Br2 равна 31,045 кДж/моль. Считать Br2 иде-

альным газом.

Задача 36. Вычислить G298 для реакции

CH4 + 2O2 = 2H2O(ж) + CO2,

21

если метан взят под давлением 10 бар, кислород под давлением 5 бар и CO2

под давлением 20 бар.

Задача 37. Два моля гелия (идеальный газ, мольная теплоемкость

СР = 5 2 R) нагревают от 100°С до 200°С при давлении 1 атм. Вычислите изме-

нение энергии Гиббса в этом процессе, если известно значение энтропии гелия

S°273 = 131,7 Дж/(моль·К). Можно ли считать процесс самопроизвольным?

Задача 38. При нагревании ромбическая сера переходит в моноклинную,

изменение объема при фазовом переходе 1,38∙10–8 м3/г. Температура перехода при 101,325 кПа равна 369,85 К, а ее изменение с давлением определяется ко-

эффициентом Т / р = 3,257∙10–7 к/Па. Определить молярную энтальпию фа-

зового перехода.

Задача 39. Зависимость температуры плавления нафталина С10Н8 от дав-

ления выражается уравнением Тпл = 353,25 + 3,681∙10–7р – 1,87∙10–16р2, [р] = [Па].

Найти изменение энтальпии при плавлении 1 моль нафталина под давлением

101325 Па, если изменение объема равно 1,458∙10–7 м3/г.

Задача 40. Связь давления и температуры для жидкого аргона было предложено выражать зависимостью следующего вида

lg p 339T ,3 1,75 lgT 0,00673 T 8,8434 , [р] = [Па].

Найти энтальпию испарения аргона при 87,5 К.

Задача 41. Плотности твердого и жидкого железа при температуре плав-

ления соответственно равны 7,865 и 6,88 г/см3. Изменение энтропии при плав-

лении равно 8,368 Дж/(моль∙К). Определить изменение температуры плавления при повышении давления на 101325 Па.

Задача 42. Когда бензол замерзает при 278,683 К и давлении 101,325 кПа,

его плотность изменяется от 0,879 до 0,891 г/см3. Энтальпия плавления равна

10,59 кдж/моль. Оцените температуру замерзания бензола при давлении

101,325 МПа.

22

Задача 43. Энтальпия плавления ртути равна 2,29 кДж/моль, а ее темпе-

ратура замерзания равна 234,26 К при давлении 101,325 кПа, при этом измене-

ние объема составляет 0,517 см3/моль. При какой температуре будет замерзать дно столба ртути высотой 10 см? Плотность ртути равна 13,5 г/см3?

Задача 44. Давление пара BCl3 при 283,15 К равно 75,03 кПа. Молярная теплота испарения BCl3 24886 Дж/моль. При какой температуре BCl3 закипит под давлением 101,325 кПа.

Задача 45. Зависимость давления пара ртути от температуры выражается уравнением

ln p 7654T 0,848 ln T 29,144 , [р] = [Па].

Определить энтальпию испарения ртути при температуре кипения (629,81 К) и

удельную теплоемкость жидкой ртути, принимая пары ртути за идеальный газ.

Задача 46. Давление пара жидкого брома изменяется с температурой по уравнению

lg p 2210T 4,08 lg T 21,945 , [р] = [Па].

Найти уравнение зависимости энтальпии испарения брома от температуры и изменение энтропии при испарении 1 моль брома при температуре кипения,

равной 332,35 К.

23

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Суздалев, И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов [Текст] / И.П. Суздалев. – 2-е изд., испр. – Москва:

ЛИБРОКОМ, 2009. – 592 с.

2.Физическая химия [Текст]. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодинами-

ка: учеб. для вузов / К.С. Краснов [и др.]. – 3-е изд., испр. – Москва: Высш.

шк., 2001. – 512 с.

3.Сборник задач по физической химии [Текст]: учеб. пособие / К.С. Пономарё-

ва [и др.]. – Москва: МИСИС, 2007. – 340 с.

4.Основы физической химии. Теория и задачи [Текст]: учеб. пособие для вузов /

В.В. Еремин [и др.]. – Москва: Экзамен, 2005. – 480 с.

24

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ:

ЭНТРОПИЯ, СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ ГИББСА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практическим занятиям по дисциплине

«Физико-химические основы нанотехнологий»

Тарасова Наталия Владимировна

Редактор Г.В. Казьмина

Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.

Ризография. Печ. л. 1,5. Тираж 50 экз. Заказ № Издательство Липецкого государственного технического университета.

Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ. 398600 Липецк, ул. Московская, 30.

25