Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Некоторые аспекты химической термодинамики. Учебное пособие
.pdf
4) определѐнный вывод можно сделать, если известно со-
H
H
)(5,12105,62
3
TH
)(lg441,1961,36 TTH
)(12,89 TH
отношение между объѐмом жидкости и объѐмом пара при данной температуре.
4. Величина –
равна максимальной полезной работе
при условиях:
1) в любом необратимом процессе;
2) величина –
никогда не равна работе;
3) в обратимом процессе при постоянных давлении и
температуре;
4) в обратимом процессе при постоянных энтропии и
давлении.
5. В уравнении Клапейрона - Клаузиуса при его интегрировании с учѐтом зависимости теплоты испарения от температуры можно использовать одно и следующих выражений
)
;
)
)
:
;
1) любое из этих трѐх выражений, это скажется лишь на
точности;
2) только выражение );
3) только выражение );
4) выражения ) и ).
6. Из анализа уравнения Клапейрона - Клаузиуса следует,
что давление насыщенного пара над твѐрдой фазой всегда растѐт при увеличении температуры, так как:
1) теплота испарения всегда больше теплоты плавления;
2) теплота возгонки всегда больше теплоты испарения;
3) теплота возгонки больше нуля и изменение плотности
при возгонке больше нуля;
71
4) теплота возгонки больше нуля, а плотность пара всегда
PVFG
nRTFG
PVFG
TSFG
G
..
GG
..
GG
.
G
.
G
..
GG
меньше плотности твѐрдого вещества.
ВАРИАНТ 10
1. Мольные энтропии трѐх агрегатных состояний одного
вещества – пара, жидкости, твѐрдого тела находятся в соотношении:
1) не различаются;
2) энтропия твѐрдого состояния всегда больше энтропии
жидкости и пара;
3) так как переход из одного состояния в другое всегда
совершается при постоянной температуре, мольные энтропии
твѐрдого тела, жидкости и пара равны между собой;
4) мольная энтропия пара больше мольной энтропии жидкости, а последняя больше мольной энтропии твѐрдого тела.
2. Соотношение между энергией Гиббса и энергией
Гельмгольца F для данной термодинамической системы имеет вид:
1)
3)
; 2)
; 4)
;
.
3. Величина
процесса при переходе от начального
состояния к конечному, если провести его обратимо, а затем
необратимо, изменится так:
1)
;
2)
3)
4)
может быть и больше, и меньше
;
;
.
72
4. В изолированной системе самопроизвольно протекает
химическая реакция с образованием некоторого количества
конечного продукта. Энтропия такой системы изменяется так:
1) уменьшается;
2) ответить на поставленный вопрос невозможно без указания, какая именно реакция протекает;
3) остаѐтся неизменной;
4) возрастает.
5. Температура плавления вещества зависит от давления так:
1) с ростом давления температура плавления увеличивается;
2) с ростом давления температура плавления может и
увеличиваться, и уменьшаться в зависимости от свойств вещества;
3) не зависит;
4) с ростом давления температура плавления уменьшается.
6. Температурой кипения жидкости называется:
1) температура, при которой исчезает различие между
жидкостью и паром;
2) температура, при которой происходит бурное испарение жидкости;
3) температура, при которой жидкость переходит в пар;
4) температура, при которой давление насыщенного пара
над жидкостью равно внешнему давлению.
ВАРИАНТ 11
1. По знаку изменения энтропии можно судить о направлении самопроизвольного протекания процесса, если поддерживать постоянными параметры системы:
1) P и T; 2) U и V;
3) V и T; 4) U и P;
73
2. Зависимость энергии Гиббса от давления при постоян-
V
P
G
T
V
P
G
T
0
T
P
G
PRTGG ln
1
P
2
P
1
P
2
P
ной температуре (при условии, что единственный вид работы –
работа расширения) имеет математическое выражение:
1) с ростом давления энергия Гиббса системы увеличива-
ется,
;
2) с ростом давления энергия Гиббса системы уменьша-
ется,
;
3) энергия Гиббса системы не зависит от давления,
;
4) энергия Гиббса системы может увеличиваться и
уменьшаться с ростом давления,
.
3. Термодинамические функции приобретают свойства
термодинамических потенциалов, если соблюдаются условия:
1) процесс протекает в изолированной системе при постоянной температуре;
2) в случае обратимого протекания процесса;
3) при любых условиях термодинамические функции H,
U, F и G являются термодинамическими потенциалами;
4) обратимое протекание процесса, при котором убыль
соответствующей термодинамической функции равна максимальной полезной работе процесса.
4. При обратимом изотермическом сжатии некоторого
количества идеального газа от давления
до давления
энергия Гиббса G изменилась на 200 . Изменение энергии
Гиббса при подобном же, но необратимом переходе от
до
будет:
74
1)
G
200
G
200
G
200
;
2)
;
3) ответ дать невозможно, так как не существует математического выражения для описания необратимых процессов
4)
.
5. Пар над жидкостью становится насыщенным, если:
1) в паре появляются мельчайшие капельки жидкости;
2) пар образуется при кипении жидкости;
3) пар находится в равновесии с жидкостью;
4) пара находится в соприкосновении с открытой поверхностью жидкости.
6. Температура плавления вещества при повышении давления уменьшается, если:
1) плотность жидкости больше плотности твѐрдого вещества;
2) плотность жидкости меньше плотности твѐрдого вещества;
3) теплота плавления меньше теплоты возгонки;
4) теплота плавления больше теплоты возгонки.
ВАРИАНТ 12
1. Энтропия изолированной системы, в которой обратимо
кристаллизуется вещество, изменяется так:
1) энтропия системы возрастает;
2) энтропия системы уменьшается;
3) энтропия системы остается неизменной;
4) для ответа необходимо знать, какое вещество кристаллизуется.
75
2. Энтальпия является критерием самопроизвольного
0, GG
0, FF
0, HH
0, SS
протекания процесса в условиях
1) постоянство энтропии и объема, в самопроизвольно
идущих процессах энтальпия увеличивается;
2) постоянство энтропии и давления, в самопроизвольно
идущих процессах энтальпия увеличивается;
3) постоянство энтропии и объема, в самопроизвольно
идущих процессах энтальпия уменьшается;
4) постоянство энтропии и давления, в самопроизвольно
идущих процессах энтальпия уменьшается
3. Реакция протекает в закрытом автоклаве при постоянной температуре. Термодинамический потенциал, определяющий направленность процесса и его изменение это:
1)
2)
3)
4)
4. Понятия о термодинамических потенциалах вводятся:
1) для решения вопроса о направлении процессов, проте-
кающих в различных условиях;
2) для того, чтобы можно было рассчитать работу про-
цесса;
3) для того, чтобы иметь возможность рассчитать вели-
чину ∆S в ходе процесса;
4) для того, чтобы решить вопрос об общем запасе энер-
гии в системе.
;
;
;
.
76
5. Анализ уравнения Клапейрона - Клаузиуса показывает,
2
.
ln
RT
H
dT
Pd
.2
HP
RT
dP
dT
TVV
H
dP
dT
)(
.
.
.
.
)(
H
TVV
dP
dT
что давление насыщенного пара всегда возрастает с ростом
температуры, так как:
1) плотность пара всегда меньше плотности жидкости, а
теплота испарения – величина положительная;
2) изменение объема при испарении и возгонке всегда
положительно, теплота этих процессов также величина положительная;
3) теплота испарения всегда больше теплоты плавления;
4) теплоемкость пара всегда меньше теплоемкости жидкости.
6. Математическое выражение зависимости (в дифференциальной форме) температуры плавления вещества от давления имеет вид:
1)
2)
3)
4)
;
;
;
.
ХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
Все, что ранее было сказано об изобарно-изотермическом
потенциале, относилось к закрытой системе, в которой масса
сохранялась постоянной. При изучении растворов и гетерогенных систем, состоящих из двух или более веществ, необходимо рассматривать открытые системы, где состав и масса могут
77
быть непостоянными вследствие химических реакций, испаре-
i
nnnn ...,,
321
)...,,,,(
321 i
nnnnPTfG
constPT ,
constPT ,
ii
dndG
0
),(PT
dG
0
ii
dn
j
nPT
i
ii
dn
dG
G
,,
)(
ния, кристаллизации и т.д.
В растворах изменения состава влияет на условия суще-
ствования каждого компонента и соответственно на их термодинамические свойства. Поэтому изобарно-изотермический
потенциал компонента раствора является функцией не только
температуры и давления, но и количеств
(молей)
компонентов, т. е.
. Такие системы ха-
рактеризуются с помощью химических потенциалов:
(80)
Химический потенциал вещества в многокомпонентной
системе равен его парциально-молярному изобарноизотермическому потенциалу, т. е. частной производной от
экстенсивного свойства системы по числу молей данного компонента при условии постоянства температуры, давления и
чисел молей всех остальных компонентов. Численно химический потенциал находится по приращению изобарноизотермического потенциала раствора при добавлении 1 моля
компонента к такому большому количеству раствора, что при
его состав практически не изменяется. При
изобарно-изотермический потенциал (энергия
Гиббса) для рассматриваемых сложных систем:
, (81)
а учитывая
, получаем условие возможности само-
произвольного течения процесса и равновесия таких систем:
, (82)
из которого следует, что при равновесии химический потенциал каждого компонента во всех фазах одинаков. Самопроизвольно процесс протекает в сторону убыли химических потен-
78
циалов. Зависимость химического потенциала от давления и
i
o
ii
PRT ln
i
o
ii
NRT ln
i
o
ii
CRT ln
o
i
i
P
i
N
i
C
44332211
AnAnAnAn
2
2
1
1
4
4
3
3
n
A
n
A
n
A
n
A
PP
PP
Kp
2
A
1
A
3
A
4
A
4321
,,, nnnn
1
P
концентрации выражается уравнениями:
; (83)
где
- стандартный химический потенциал, зависящий от
; (84)
; (85)
природы вещества и температуры;
– парциальное давление газа;
– мольная доля вещества (газа);
– мольно-объемная концентрация вещества (газа), т.е.
моль/л.
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Закон действующих масс (ЗДМ) для гомогенной реакции,
протекающей в газовой фазе
при условиях, для которых применимы законы идеального газообразного состояния имеет вид
, (86)
где
и
- исходные вещества,
и
- конечные вещества;
- стехиометрические коэффициенты соответ-
ственно исходных и конечных вещества;
- равновесное парциальное давление i-го вещества;
Kp- константа равновесия реакции, выраженная через
равновесные парциальные давления веществ.
79
Учитывая, что
RT
P
C
i
i
PNP
ii
i
C
i
N
n
CO
2
2)(
2
2
CO
CO
P
P
Kp
2)()(
22 O
2
O
PKp
44332211
AnAnAnAn
и
(87)
(88)
где
- равновесная молярная концентрация i-го вещества,
- равновесная мольная (молярная) для i-го вещества,
P - общее давление равновесной системы, получаем
(89)
, (90)
где – константы равновесия,
- разность стехио-
метрических коэффициентов газообразных участников реакции.
Итак, ЗДМ в выражении (86) гласит: отношение произве-
дения равновесных парциальных давлений конечных веществ
к произведению равновесных парциальных давлений исходных веществ, взятых в степенях, соответствующих стехиометрическим коэффициентам, есть величина постоянная при постоянной температуре.
Для гетерогенной реакции
константа
равновесия имеет вид:
Для реакции
(91)
. (92)
В реакциях рассматриваемого типа (92) равновесное дав-
ление газообразного продукта диссоциации, зависящее от температуры, называется давлением диссоциации.
Рассмотрим гомогенную реакцию в газовой фазе
,
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]