Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая и коллоидная химия (Теория и практика). В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие
.pdf
21. Установлено, что при температуре 293 К константа ско-
T
рости реакции щелочного омыления этилового эфира уксусной
кислоты равна 5,08 дм3/(моль·мин), а при температуре 298 К равна 6,56 дм3/(моль·мин). Вычислить энергию активации и время
полупревращения при 298 К, если начальные концентрации эфира и щелочи равны по 0,025 моль/дм3.
Ответ: 37,1 кДж/моль, 6 мин.
22. Для газофазной реакции
HI + CH3I → CH4 + I
2
энергия активации составляет 140 кДж/моль. Константа скорости
при 227 °С равна 3,9·10-3 дм3/(моль·с). Рассчитать константу скорости при 310 °С и определить температуру, при которой константа скорости будет равна 1,0·10-3 дм3/(моль·с).
Ответ: 0,47 дм3/(моль·с), 481 К.
23. При определенной температуре раствор этилацетата с
молярной концентрацией 0,01 моль/дм3 омыляется раствором
NaOH с концентрацией 0,002 моль/дм3 за 23 мин на 10 %. Опре-
делить время омыления этилацетата до такой же степени щелочью с концентрацией 0,005 моль/дм3? Данная реакция имеет второй порядок, а щелочь диссоциирована полностью.
Ответ: 7,4 мин.
24. При взаимодействии NO2 и CO в равных концентрациях
0,5 моль/дм3 при температуре 435 К через 1 ч было обнаружено
0,05 моль/дм3 СО2. При какой температуре количество СО2 будет
вдвое больше при тех же начальных условиях, если энергия активации данной реакции 122,42 кДж/моль.
Ответ: 446 К.
25. Вблизи температуры 100 0 К зависимость константы ско-
рости некоторой реакции от температуры описывается уравнением
ln ++-= T
58960
k .
36ln4,2
Рассчитать энергию активации и предэкспоненциальный множитель для данной реакции.
Ответ: 490 кДж/моль, 4,31∙1015 мин-1.
26. Зависимость константы скорости разложения фосфина
от температуры описывается уравнением
221
lg ++-= T
T
T
1896
k .
130,12lg2
Рассчитать значение энергии активации данной реакции при 900 К.
Ответ: 21,8 кДж/моль.
27. Зависимость константы скорости реакции
CO + NO2 → CO2+ NO
от температуры описывается уравнением
k
17009
61,22ln -= .
Рассчитать значение энергии активации данной реакции и константу скорости при 1000 К, считая, что эта реакция является реакцией второго порядка.
Ответ: 141,4 кДж/моль, 2,7∙102 дм3/(моль·с).
28. В закрытой емкости произошло нагревание 100 кг аце-
тона до 510 °С. При этой температуре ацетон распадается по реакции первого порядка:
CH3COCH3 → C2H4 + CO + H2.
За 12,5 мин поглотилось 83,6 кДж теплоты. Рассчитать константу
скорости разложения и период полураспада ацетона. Какое количество теплоты поглотиться за 50 мин?
Ответ: 8 мин-1.
29. При 10 °С реакция в растворе между этилацетатом с
концентрацией 0,025 моль/дм3 и гидроксидом натрия с концентрацией 0,0125 моль/дм3 протекает как реакция первого порядка,
причем половина этилацетата реагирует в течение 16,8 мин.
Пользуясь правилом Вант-Гоффа, определить время, за которое
прореагирует 50 % этилацетата при 25 °С, если температурный
коэффициент реакции равен γ = 2. Рассчитать энергию активации
данной реакции.
Ответ: 5,94 мин, 48610 Дж/моль.
30. Используя уравнение Аррениуса сделать вывод, в каком
из двух случаев константа скорости реакции увеличивается в
большее число раз: при нагревании от 0 до 10 °С или при нагревании от 10 до 20 °С?
222
Основные термины и определения
Азеотропной смесью называют нераздельно кипящую жидкую
смесь, в которой состав жидкости и состав равновесного с нею пара одинаковы.
)(
Время полупревращения
t
– это время, за которое прореагиру-
1
2
ет половина исходного вещества.
Выходом продуктов реакции называют равновесные концентрации образующихся в результате реакции веществ.
Гетерогенной называется система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз), разделенных поверхностью раздела и находящихся в динамическом равновесии.
Двойной электрический слой (ДЭС) – это пространственное разделение зарядов на межфазной поверхности. Или тонкий слой
сплошной среды, прилегающий к заряженной поверхности частицы дисперсной фазы, в котором ионы противоположного зна-
поверхности.
Интегральной энтальпией растворения )(
o
HD называют коли-
Ts
чество теплоты, выделяемое или поглощаемое системой в процессе смешения n1 моль вещества А1 и n2 моль вещества А2 при
постоянной температуре и давлении.
Интенсивные свойства – это такие свойства, которые зависят
только от состава раствора и не зависят от массы, например, давление насыщенного пара.
Катализом называется изменение скорости реакции под действием веществ (катализаторов), которые в конце процесса остаются
химически неизменными.
Коллигативными называются свойства разбавленных растворов
нелетучих веществ, не зависящие от природы растворенного вещества и определяющиеся только его концентрацией и природой
растворителя: понижение давления пара над раствором по сравнению с чистым растворителем, понижение температуры замер-
223
зания (криоскопия) и повышение температуры кипения раствора
по сравнению с чистым растворителем (эбуллиоскопия), осмос.
Компонентом называют индивидуальное вещество, приращение
концентрации которого независимо и отражает все возможные
изменения в составе системы.
Константа скорости реакции (k) численно равна скорости реак-
ции при условии, что концентрация всех реагирующих веществ
равна единице.
Коэффициент распределения равен отношению равновесных
концентраций распределяющегося вещества в двух соприкасающихся, но не смешивающихся растворителях, есть величина постоянная при Т = const.
Кристаллогидраты – это кристаллические соединения, содержащие в своей структуре молекулы воды.
Молекулярность реакции – это количество частиц, участвующих
в элементарном акте химического взаимодействия.
Молярная электрическая проводимость (l) – это электрическая
проводимость объема раствора с молярной концентрацией электролита равной 1 моль/м3 и находящегося между двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии одного
метра друг от друга.
Осмосом называют самопроизвольное проникновение растворителя в раствор через полупроницаемую мембрану.
Осмотическое давление (π) – это давление, которое необходимо
приложить к раствору для предотвращения осмоса и приведения
системы в равновесие.
Процессом называется любое изменение в системе, приводящее к
изменению хотя бы одного параметра ее состояния.
Раствором называется гомогенная система, состоящая не менее
чем из двух независимых компонентов, в каждом элементарном
объеме которого одинаковые физические, химические и термодинамические свойства.
Скорость гомогенной химической реакции (w) – это изменение
количества реагирующего вещества в единицу времени в единице
реакционного объема.
224
Сложными реакциями называются реакции, протекающие в несколько стадий, которые определенным образом связаны между
собой через исходные вещества и промежуточные соединения.
Стандартное состояние – это устойчивое агрегатное состояние
чистого вещества при давлении 1,013×105 Па (1 атм) и заданной
температуре.
Стандартной энтальпией образования (∆fH
о
) соединения
j
называют изменение энтальпии в реакции образования 1 моль
данного соединения из простых веществ, взятых в стандартном
состоянии.
Стандартная теплота сгорания (∆cH
о
) – это количество тепло-
j
ты, которое выделяется при окислении 1 моль вещества молекулярным кислородом до высших оксидов в стандартных условиях.
Стандартным потенциалом называют электродный потенциал
при активностях компонентов, участвующих в электродной реакции, равной единице.
Тепловой эффект – это количество теплоты, которое система выделяет или поглощает в необратимо протекающем процессе при
постоянной температуре.
Теплотой образования кристаллогидрата называется тепловой
эффект образования его 1 моль из твердой безводной соли и определенного количества воды.
Термодинамическая система – это тело или совокупность тел,
выделяемых в пространстве с помощью реально существующей
или воображаемой границы. Иными словами, система – это та
часть материального мира, которая является предметом наблюдения или исследования.
Термодинамическая вероятность – это число микросостояний, с
помощью которых реализуется данное макросостояние системы.
Термодинамическим потенциалом называют функцию состояния, убыль которой в обратимо протекающем процессе при постоянстве определенных параметров равна максимальной полезной работе.
Удельная электрическая проводимость (æ) раствора электролита
это электрическая проводимость объема раствора, заключенного
225
между двумя параллельными электродами, имеющими площадь
по одному квадратному метру и расположенными на расстоянии
одного метра друг от друга.
Фазой называют однородную по составу и физическому состоянию часть системы, ограниченную поверхностью раздела.
Фазовое превращение – процесс изменения агрегатного состояния вещества.
Физическая химия – наука, объясняющая химические явления и
устанавливающая их закономерности на основе общих принципов физики. Физическая химия изучает свойства вещества и химические реакции в совокупности с сопутствующими им физическими явлениями.
Химический потенциал – это работа по изменению количества
данного компонента на единицу при постоянных внешних параметрах и количестве всех других компонентов, составляющих
данную систему.
Числом переноса называют долю электричества, переносимого
ионами данного вида.
Экстенсивные свойства – свойства, зависящие от массы термодинамической системы, например, объем (V), внутренняя энергия
(U), энтальпия (H), энергия Гиббса (G), энтропия (S), теплоем-
кость (Cp).
Экстракция – процесс извлечения растворенного вещества (целевого компонента) из раствора с помощью другого растворителя
(экстрагента), практически не смешивающегося с первым.
Электролиты – это химические вещества, которые в растворе
диссоциируют на ионы и сообщают растворам способность проводить электрический ток.
Электрохимическим (или гальваническим) элементом называют
устройство из двух электродов, в котором химическая энергия
превращается в электрическую.
Энергия активации – это избыток энергии по сравнению со
средней энергией молекул при данной температуре, которой
должны обладать молекулы, для того чтобы вступить в химическую реакцию.
226
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Афанасьев, Б. Н. Физическая химия : учебное пособие / Б. Н.
Афанасьев, Ю. П. Акулова. – Санкт-Петербург : Лань, 2022. –
416 с. – Текст: электронный // Лань: электроннобиблиотечная система. – URL:
https://e.lanbook.com/book/211037.
2. Гамеева, О. С. Сборник задач и упражнений по физической
и коллоидной химии [ Электронный ресурс] : учеб. пособие /
О. С. Гамеева – Электрон. дан. – Санкт-Петербург: Лань,
2017. – Режим доступа:
https://e.lanbook.com/reader/book/92621/#1. – Загл. с экрана.
3. Краткий справочник физико-химических величин / под ред.
А. А. Равделя, А. М. Пономаревой. – Санкт Петербург: Спец.
лит-ра, 2009. – 232 с. – Текст: непосредственный.
4. Попова, А. А. Физическая химия : учебное пособие / А. А.
Попова, Т. Б. Попова. — Санкт-Петербург : Лань, 2022. – 496 с.
– Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. – URL: https://e.lanbook.com/book/211988.
5. Свиридов, В. В. Физическая химия : учебное пособие для ву-
зов / В. В. Свиридов, А. В. Свиридов. — 2-е изд., стер. —
Санкт-Петербург: Лань, 2022. – 600 с. – Текст: электронный //
Лань : электронно-библиотечная система. – URL:
https://e.lanbook.com/book/187778.
6. Физическая химия: лабораторный практикум: учебное посо-
бие / Л. А. Андреев, Б. С. Бокштейн, Е. А. Новикова, А. О.
Родин. – Москва : МИСИС, 2016. – 122 с. – Текст: электронный // Лань : электронно-библиотечная система. – URL:
https://e.lanbook.com/book/93648.
7. Физическая химия. Теория и задачи: учеб. пособие / Ю. П.
Акулова, С. Г. Изотова, О. В. Проскурина, И. А. Черепкова. –
Электрон. дан. – Санкт-Петербург : Лань, 2018. – Режим доступа:. https://e.lanbook.com/book/110903 – Загл. с экрана. –
Текст: электронный.
227
ОГЛАВЛЕНИЕ
От автора………………………
………………………………………
3
Список условных обозначений и сокращений……………………...
4
Некоторые физические постоянные…………………………………
6
Раздел 1
.
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
……………………..............
7
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ХИМ
ИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИК
И...91.1.Термохимия………………
……………………………
..…10
1.2.Энтропия. Второе начало термодинамики…………
..
…..161.3.Термодинамические потенциалы, их изменение в сам
о-
Лабораторная работа № 1.
Лабораторная работа № 2.
Лабораторная работа № 3.
Лабораторная работа №
4
.
Расчетно
-
практическая работа № 1.
Задачи по теме
«
Основы химической термодинамики
»
...46ГЛАВА 2. УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ
2.1.Р
астворы…
.
…………………………………………
.
…....
592.2.Гетерогенные системы………………………………
……632.3.Однокомпонентная двухфазная
система. Уравнение
2.4.Равновесие в гетерогенных системах, состоящих
из
2.5.Коллигативные свойства растворов………………
.……..7
2
произвольных процессах……………………………………… 22
Определение теплового эффекта растворения соли……... 27
Определение теплоты образования твердого раствора…. 35
Определение теплоты образования кристаллогидрата….. 36
Определение теплоты нейтрализации кислоты………….. 39
Определение термодинамических характеристик
химической реакции………………………………………... 43
СИСТЕМАХ……………………………………………………..... 58
Клаузиуса-Клапейрона…………………………………..…… 65
двух и более компонентов………………………………….... 67
228
Лабораторная работа №
5.Определение температуры кипения индивидуальных
жидкостей……………………………………………………
Лабораторная работа №
6
.
Лабораторная работа №
7
.
Лабораторная работа №
8
.
Расчетно
-
практическая работа № 2.
Задачи по теме
«
Учение о растворах и гетерогенных
ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ…………………….
1063.1.Изотерма химической реакции………………………
..
....106
3.2.Влияние температуры и давления на химическое
Лабораторная работа №
9
.
Расчетно
-
практическая работа № 3.
Задачи по теме
«
Химическое равновесие
»………………
124ГЛАВА 4.
ЭЛЕК
ТРОХИМИЯ………………………………….....
1334.1.Свойства растворов электролитов………………
.
……...
.133
4.2.Электрическая проводимость в растворах электролитов
…138
Изучение распределения йода между водой и органическим растворителем………………………………………...
Изучение равновесия в трехкомпонентных жидких системах с ограниченной растворимостью…………………..
77
80
84
Изучение равновесия «жидкость-пар» в бинарных системах. .
Построение диаграммы состояния индивидуального
вещества……………………………………………………..
системах»……………………………………………….…..
равновесие…………………………………………………….
Исследование химического равновесия реакции этерификации…………………………………………………
Расчет теоретического выхода продуктов в равновесных
химических реакциях……………………………………….
88
94
97
112
115
120
229
4.3.Термодинамика электрохимических
систем
.
Электроды
и электрохимические цепи……………………...……………..
Лабораторная работа №
10
.
Лабораторная работа №
11
.
Лабораторная работа № 1
2
.
Лабораторная работа № 1
3
.
Расчетно
-
практическая работа № 4.
Задачи по теме
«
Электрохимия
»………………………….
169ГЛАВА 5. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И КАТАЛ
ИЗ……....
1805.1.Формальные кинетические уравнения односторонних
5.2.Методы определения порядка реакции………………..…
184
5.3.Сложные реакции……………………………………..…
188
5.4.Влияние температуры на константу с
корости реакции....
192
5.5.Катализ…………………………………………………..
194
Лабораторная работа № 1
4
.
Лабораторная работа № 1
5
.
144
Исследование электрической проводимости растворов
слабых электролитов различной концентрации……..……
151
Исследование электрической проводимости растворов
сильных электролитов различной концентрации……..….
155
Определение разности потенциалов электрохимического
элемента Даниэля-Якоби………………………………..….
158
Определение среднего ионного коэффициента активно-
сти сильного электролита………………………..................
164
Описание химических реакций, протекающих в гальва-
нических элементах…………………………………………
167
(необратимых) реакций…………………………………….…. 181
Кинетика реакции йодирования ацетона…………………. 197
Кинетика реакции гидролиза этилацетата в кислой среде… 201
230
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]