Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физическая химия. Сборник заданий с примерами решений. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

__________________________________________________________________________

Е.В. ТИМАКОВА, А.А. КАЗАКОВА

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

СБОРНИК ЗАДАНИЙ

С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2018

УДК 544(076.1)

Т 41

Рецензенты:

д-р хим. наук, профессор Н.Ф. Уваров

канд. хим. наук, доцент А.И. Апарнев

Работа подготовлена на кафедре химии и химической технологии

для студентов, обучающихся по техническим направлениям

Тимакова Е.В.

Т 41 Физическая химия. Сборник заданий с примерами решений:

учебное пособие / Е.В. Тимакова, А.А. Казакова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. – 136 с.

ISBN 978-5-7782-3575-5

Пособие является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Физическая химия» и включает в себя типовые задачи для выполнения индивидуальных заданий по основным разделам химической термодинамики. Разработано в соответствии с ФГОС ВО 3+ и рабочей программой по дисциплине «Физическая химия». Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 18.03.01 – Химическая технология и 18.03.02 – Энерго цессы в химической технологии и биотехнологии.

Тимакова Евгения Владимировна

Казакова Анна Александровна

- и ресурсосберегающие про-

УДК 544(076.1)

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

СБОРНИК ЗАДАНИЙ С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЙ

Учебное пособие

Редактор Л.Н. Ветчакова

Выпускающий редактор И.П. Брованова

Дизайн обложки А.В. Ладыжская

Компьютерная верстка С.И. Ткачева

Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции

Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)

Подписано в печать 31.05.2018. Формат 60  84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз.

ISBN 978-5-7782-3575-5 © Тимакова Е.В., Казакова А.А., 2018

Уч.-изд. л. 7,9. Печ. л. 8,5. Изд. № 25. Заказ № 835. Цена договорная

Новосибирского государственного технического университета

Отпечатано в типографии

630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

технический университет, 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение .................................................................................................................. 4

1. Расчет энтальпии реакции с использованием следствий закона Гесса

и стандартных энтальпий различных процессов.............................................. 5

Задание № 1 ......................................................................................................... 5

Примеры выполнения задания № 1 ................................................................. 10

2. Расчет термодинамических функций для химической реакции

и для процессов с участием идеальных газов ................................................. 15

Задание № 2 ....................................................................................................... 15

Примеры решения задания № 2 ....................................................................... 18

3. Расчет констант равновесия химической реакции с использованием

различных методов ........................................................................................... 29

Задание

№ 3 ....................................................................................................... 29

Примеры решения задания № 3 ....................................................................... 36

4. Способы выражения концентрации и коллигативные свойства

растворов ........................................................................................................... 46

Задание № 4 ....................................................................................................... 46

Примеры решения задания № 4 ....................................................................... 53

5. Расчеты парциальных мольных величин термодинамических

функций ............................................................................................................. 59

Задание № 5 ....................................................................................................... 59

Примеры решения задания № 5 ....................................................................... 64

6. Аналитические и графические расчеты по диаграммам состояния

однокомпонентных систем .............................................................................. 71

Задание № 6 ....................................................................................................... 71

Пример решения задания № 6 ......................................................................... 78

7. Интерпретация и количественные

расчеты по диаграммам кипения

двухкомпонентных систем ............................................................................... 85

Задание № 7 ....................................................................................................... 85

Пример выполнения задания № 7 .................................................................... 91

8. Интерпретация и количественные расчеты по диаграммам плавкости

двухкомпонентных систем ............................................................................... 95

Задание № 8 ....................................................................................................... 95

Пример выполнения задания № 8 .................................................................... 99

9. Расчетно-графическое задание ...................................................................... 105

Библиографический список ............................................................................... 109

Приложение ......................................................................................................... 110

ВВЕДЕНИЕ

Издание является составной частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Физическая химия», включает в себя основные типовые задачи по химической термодинамике и является продолжением учебных пособий [1, 2].

Задачи располагаются по тематическим разделам, соответствующим их рассмотрению в учебных пособиях [1, 2]. Примеры решения типовых задач подробно рассмотрены в пособии [2]. В настоящем учебном дации и рассмотрены примеры решения типовых задач, предлагаемых в качестве индивидуальных заданий. Пособие в полном объеме дополнено справочными данными, необходимыми для выполнения предложенных заданий.

физической химии путем самостоятельного выполнения индивидуальных заданий с использованием различных

ных Ивтантермо, размещенной на сайте химического факультете МГУ, режим доступа: http:/ /www.chem.msu.su/rus/handbook/ivtan/.

издании дан необходимый теоретический материал, рекомен-

Цель настоящего пособия – развитие навыков решения задач по

справочных данных.

Для решения задач также рекомендуется пользоваться базой дан-

(ж)

(

)

(ж)

)

(ж)

(г)

(ж)

(

)

(г)

(ж)

(

)

1. РАСЧЕТ ЭНТАЛЬПИИ РЕАКЦИИ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЛЕДСТВИЙ

ЗАКОНА ГЕССА И СТАНДАРТНЫХ ЭНТАЛЬПИЙ

РАЗЛИЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

Задание № 1

Указания: для решения задач используйте справочные данные табл. П1 – П6.

Задача 1.1

Рассчитайте тепловой эффект реакции А (см. вариант, табл. 1.1) при 298 К по стандартным энтальпиям образования химических соединений (см. табл. П1):

а) при р = const;

б) при V = const.

Таблица 1.1

Номер

вари-

анта

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13

Реакция А

+ CO = CH3OH

4HCl + O

= 2H2O

H4Cl = NH3+ HCl

+ 6H2O

4NO + 6H

= 2NO + O

2NO

= 2NO

2O4

(OH)2 = MgO + H2O

= CaO + CO

CaCO

Ca(OH)

+ 2H2O(ж) = SO2+ 2H

омб

+ 2CO2= SO2+ 2CO

омб

+ O2 = 2SO

2SO

= 4NH3+ 3O

= 4NH3+ 5O

= CaO + H2O

+ 2Cl

Номер

вари-

Реакция А

анта

14 15 16 17 18

19 20 21 22 23 24

+ Cl2= SO2Cl

CO + 3H

= CH4+ H2O

2CO + SO2= S CO + Cl CO CO 2CO CH C

2H6

2H5

CH C6H

= COCl

+ H2= CO + H2O

+ 4H2= CH4+ 2H2O

= 2CO + O

+ CO2= 2CO + 2H

= C2H4+ H

= C2H4+ H2O

CHO

6(ж

+ H2= C2H5OH

+ 3H2= C6H

омб

2(г

+ 2CO

Задача 1.2

Рассчитайте тепловые эффекты химических реакций в растворах при 298 К (см. вариант, табл. 1.2) по стандартным энтальпиям образования химических соединений и ионов (см. табл. П1).

Таблица 1.2

Номер

варианта

1 3Cu

2 Al2(SO4)

3 2As

4 NO

5 2HNO

6 Ag

7 SO

8 3P

9 HNO

10 2NO

11 Al2(SO4)

12 Na2CO

13 3Hg

14 2NaOH

15 CaSO

16 2KMnO

17 Cu

18 Cd

19 Cu

20 H2O

21 I

22 2HMnO

23 2NO

24 SO

25 MnO

(т)

+ NO

(г)

+ FeCl

(т)

+ H2O

2(г)

+ 5HNO

(т)

3(aq)

2(г)

(ж)

+ 2AgNO

(т)

+ CuSO

(т)

+ 2H2SO

(т)

(ж)

+ H2O

2(г)

+ H2O

2(г)

2(т)

+ 8HNO

= Al2(SO4)

3(т)

+ 5Cl

2(г)

+ 2HI

2(aq)

3(aq)

+ 3HCl

+ H2O

+ 6NaCl

3(т)

+ Ca(OH)

3(aq)

+ 8HNO

+ Hg(NO3)

(aq)

+ Na2CO

4(т)

+ 16HCl

4(aq)

+ SO

3(г)

+ Na2SO

(ж)

+ 5HNO

4(aq)

+ 2NaOH

(ж)

+ 4HCl

= Cu(NO3)

3(aq)

+ 8H2O

+ 2NaOH

= I

(aq)

= AgCl

+ NO

(ж)

+ 2H2O

3(aq)

= 2H2O

(aq)

= HNO

(ж)

= 3Hg(NO3)

3(aq)

= Cu(NO3)

3(aq)

= CdSO

4(aq)

= CuSO

4(aq)

= H2SO

(aq)

+ NO

= MnCl

(aq)

Уравнения реакций

+ 2NO

2(aq)

3(aq)

= 2H3AsO

(ж)

= 2NaNO

(aq)

+ 2NO

2(г)

+ FeCl

(т)

= H2SO

2(г)

(ж)

3(aq)

= 2AlCl

(aq)

= CaCO

2(т)

= 2NaNO

2(aq)

= CaCO

= 2KCl

(aq)

4(aq)

= 2HI

3(aq)

= 2Mn(NO3)

2(aq)

= NaNO

= H2SO

2(г)

2(aq)

+ 2H2O

(г)

2(aq)

4(aq)

= 3H3PO

+ NOCl

(ж)

+ HNO

3(aq)

3(т)

2(aq)

+ Na2SO

3(т)

+ 2MnCl

(aq)

+ 2Ag

2(aq)

+ Cu

(т)

+ SO

(aq)

+ NaNO

3(aq)

4(aq)

+ Cl

+ 4H2O

(г)

+ 10HCl

4(aq)

+ H2O

2(aq)

(ж)

+ NO

(г)

+ 5NO

4(aq)

+ Cl

(г)

2(aq)

+ 3Na2SO

+ 2NaOH

+ 2NO

+ HgO

3(aq)

4(aq)

(т)

+ 2H2O

2(г)

+ Na2SO

+ HNO

2(aq)

+ NO

(г)

+ 2H2O

2(г)

4(aq)

(aq)

+ 4H2O

(г)

(т)

+ 8H2O

2(aq)

(ж)

4(aq)

+ H2O

(ж)

(г)

(aq)

(ж)

(г)

+ H2O

3(aq)

(ж)

+ 5Cl

(ж)

+ 3H2O

(ж)

2(г)

Задача 1.3

Рассчитайте тепловой эффект образования вещества А из простых веществ при 298 К и стандартном давлении (см. вариант, табл. 1.3), если известна его энтальпия сгорания при этой температуре и стандартном давлении (см. табл. П2).

Таблица 1.3

Номер

варианта

1 Уксусная кислота С2H4O2 ж 2 1,1-дихлорэтан С2H4Cl2 ж 3 1,2-дихлорэтан С2H4Cl2 г 4 Этиленгликоль С2H6O2 ж 5 Диметиламин С2H7N ж 6 Ацетон С3H6O ж 7 Пропионитрил С3H5N ж 8 Изопропиловый спирт С3H8O ж

9 Пропиловый спирт С3H8O ж 10 Глицерин С3H8O3 ж 11 Бутиронитрил С4H7N ж 12 Бутиловый спирт С4H10O ж 13 Бензойная кислота С7H6O2 тв 14 Диэтиловый эфир С4H10O ж 15 Пиридин С5H5N ж 16 Амиловый спирт С5H12O ж 17 Этиловый спирт С2H6O ж 18 Нитробензол С6H5O2N ж 19 Фенол С6H6O тв 20 Гидрохинон С6H6O2 тв 21 Анилин С6H7N ж 22 Циклогексанол С6H12O ж 23 Ацетонитрил С2H3N ж 24 Бензиловый спирт С7H8O ж 25 Гептанол-1 С7H16O ж

Вещество А Формула Состояние

Задача 1.4

Рассчитайте количество теплоты, которое выделяется или поглощается при разбавлении a кг водного b %-го раствора вещества А в c кг воды при 298 К (см. вариант, табл. 1.4) по справочным данным об интегральных теплотах растворения (см. табл. П3, П4).

Таблица 1.4

Номер

варианта

1 HCl 1 26 2 14 KOH 4 45 3

2 HCl 2 38 3 15 KOH 5 40 1

3 HCl 3 30 4 16 KOH 1 35 2

4 H2SO

5 H2SO4 5 80 2 18 HNO3 3 40 5

6 H2SO4 1 70 3 19 NH

7 H2SO4 2 60 3 20 LiCl 5 30 3

8 HCl 3 34 1 21 LiBr 1 45 2

9 NaOH 4 30 1 22 NaBr 2 40 6

10 NaOH 5 25 2 23 KI 3 50 6

11 NaOH 1 40 3 24 NaCl 4 26 10

12 NaOH 2 35 4 25 NaI 5 30 10

13 KOH 3 50 2

Вещество

a b c

4 90 1 17 HNO

Номер

варианта

Вещество

a b c

2 50 4

4 30 10

Задача 1.5

Рассчитайте теплоты образования органических веществ (см. вариант, табл. 1.5) по энергиям связей (см. табл. П5, П6) при 298 К. По полученным значениям энтальпий образования для газов рассчитайте энтальпию образования для указанного агрегатного состояния и определите расхождение между вычисленными и табличными данными.

Таблица 1.5

Номер

вари-

анта

Вещество А

Состо-

яние

Энтальпия

образования,

кДж · моль

–1

Энтальпия

испарения,

кДж · моль

–1

1 Глицерин С3H8O3 ж –659,4 76,023 2 Бутиловый спирт С4H10O ж –369,5 39,67 3 Метилэтилкетон С4H8O ж –278,99 37,45 4 Амиловый спирт С5H12O ж –398,73 46,024 5 Валериановая к-та С5H10О

ж –548,1 44,016 6 Гексиловый спирт С6H14О ж –395,15 64,85 7 Бензиловый спирт С7H8O ж –161,04 50,46 8 Амиловый спирт С5H12O ж –360,1 52,09 9 Циклогексанол С6H12O ж –350,83 45,48

10 Ацетон С3H6O ж –247,7 35,3 11 Этиленгликоль С2H6O2 ж –454,8 56,9 12 Пропиловый спирт С3H8O ж –306,6 46,233 13 2,2-диметилбутан С6Н14 ж –211,9 26,36 14 Диэтиламин С4H11N ж –125,94 31,982 15 Уксусноэтиловый эфир С4H8O

ж –469,5 36,39

16 Этиловый спирт С2H6O ж –278,32 43,22 17 Уксусная кислота С2H4O2 ж –484,9 47,5 18 2,4-диметилпентан С7H16 ж –231,7 29,62 19 Диметилацетилен С4H6 ж –119,8 26,53 20 Аллиловый спирт С3H6O ж –186,2 39,67 21 Ацетальдегид С2H4O ж –190,4 24,4 22 Нитрометан СH3О2N ж –113,0 38,271 23 Нитроэтан С2H5О2N ж –140,1 38,07 24 1-нитропропан С3H7О2N ж –167,6 43,38 25 Хлорбензол С6H5Cl ж –247,7 35,3

Примеры выполнения задания № 1

Пример 1.1. Рассчитайте тепловой эффект реакции при 25°С:

а) при р = const; б) при V = const.

2O3(т)

+ 3СО

= 2Fe

(г)

+ 3СО

(т)

2(г)

если стандартные энтальпии образования веществ следующие (см. табл. П1).

Вещество Fe2O

ΔfН°, кДж · моль–1 –821,32 –110,5 0,00 –393,51

СО

3(т)

(г)

СО

(т)

2(г)

Решение. а) Q

= ΔH. Согласно первому следствию из закона Гесса

oo o

HnH nH 

298 298 298

rif if





прод исх

тепловой эффект реакции равен

H° = 2ΔfН°(Fe

= 3(–393,51) – (–821,32) + 3(–110,5) = –27,71 кДж · моль

= ΔU, ΔrH° = ΔrU° + ΔrnRT. Приращение числа моль газооб-

б) Q

разных веществ реакции равно Δ 3 моль СО

, а в реакцию вступает также 3 моль газообразных ве-

ществ – 3 моль СО), следовательно, Δ

Ответ: Δ

) + 3ΔfН°(СО

(т)

) – ΔfН°(Fe2O

2(г)

n = 3 – 3 = 0 (так как образуется

H° = ΔrU° = –27,71 кДж · моль–1.

) – 3ΔfН°(СО

3(т)

) =

(г)

–1

H° = ΔrU° = –27,71 кДж · моль–1. Реакция экзотермиче-

ская.

Пример 1.2. Рассчитайте тепловой эффект реакции, протекающей в растворе при 25 °С, если реагирующие вещества находятся в виде ионов

3Fe(NO

3)2(aq)

+ 4HNO

= 3Fe(NO3)

3(aq)

+ NO

+ 2Н2О

(г)

(ж)

а стандартные энтальпии образования ионов и веществ следующие (см. табл. П1).

Вещество/ионы Fe2+ NO

ΔfН°, кДж · моль–1 –87,9 –206,57 –47,7 90,37 –285,84

–

Fe3+ NO

Н2O

(г)

(ж)

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]