Mtdbthn1

Коагулиционные структуры тиксотропны. При действии внешних сил они разрушаются, а после снятия нагрузки вновь восстанавливаются в течение некоторого времени. При действии нагрузки, не вызывающей разрушения, коагуляционные структуры обнаруживают два вида высокоэластичной деформации: быструю (время релоксации 10-3-10-2с) и медленную (время релаксации 10-2-10-3с).

Наряду с коагуляционным структурообразованием возможно образование прочных конденсационно-кристаллизационных структур в процессах отвердения митеральных вяжущих веществ и в растворах высокополимеров. Прочность конденсационныхкристаллизационных структур выше коагуляционных на порядок и более, они не тиксотропны и разрушаются необратимо.

Обратите внимание на то, что структурированные системы приобретают целый комплекс новых реологических свойств. Они не подчиняются закону Ньютона для течения нормально вязких жидкостей в ламинарном режиме течения, они также не подчиняются уравнению Пуазейля, выражающему течение жидкости по капилляру вискозиметра при ламинарном режиме.

Структурированные системы разделяют на структурированные жидкости (неньютоновские жидкости) и твердообразные тела, течение которых наступает только при наложении определенного напряжения. Важно обратить внимание на уравнение Эйнштейна о зависимости вязкости от объемной концентрации дисперсной фазы, понятия относительной, приведенной и характеристической вязкости.

Ребиндером и учеными его школы создана новая отрасль коллоидной химии - физико - химическая механика дисперсных структур, которая выясняет механизм образование коагуляционных структур и твердых тел с различными свойствами и изучает механизм их деформации и разрушения.

При ознакомлении со свойствами эмульсий и пен важно усвоить причины их устойчивости и кинетический характер пен. Необходимо понять сущность стабилизующего действия ПАВ, явления солюбилизации, моющего действия мыл. Особое значение имеет представление о критической концентрации мицеллообразования.

Для раствором ВМС характерны признаки коллоидных растворов и специфические, свойственные только им. Растворы ВМС могут переходить в золь при замене растворителя, для них характерно броуновское движение, диффузия, осмос и рассеяние света, а также и адгезия. Растворы ВМС способны набухать и образовывать студни, которые обладают свойствами жидкости (электроосмос, способность течь при определенных условиях) и твердого тела (прочность, эластичность, упругость).

Белки - это специфические ВМС, могут образовывать ДЭС и обладать способностью к электрофорезу.

ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНЫМ РАБОТАМ

1-14. Зная зависимость показателя n диэлектрической проницаемости ε и плотность ρ от температуры (табл. 3), вычислите: 1) молярную поляризацию, постройте графики П= f (1/T) и ε/h2 = f (1/T) и дайте им объяснение; 2) молярную рефракцию - оцените её практическое постоянство (независимость от Т) и сравните с молярной рефракцией, вычисленной по правилу аддитивности (см. табл. 1 приложения).

15-20. используя условия задачи (номер задачи указан в 3-й графе табл.1), вычислите радиус молекулы по найденной молярной рефракции вещества.

21-25. При 298,2 К плотность а %-ного раствора вещества А в растворителе В равна ρ кг/м3. Показатель преломления раствора равен n. Вычислите молярную рефракцию вещества А, если при 298,2 К плотность растворителя В равна ρ0 кг/м3, а его показатель преломления равен n0 (табл.2).

Продолжение табл.3

26-30. Используя данные табл.4 (ρ - плотность, кг/м3; ε - диэлектрическая проницаемость; Т - температура), вычислите электрический момент диполя молекулы вещества.

31-41. По данным инфракрасных спектров и спектров комбинационного рассеяния двухатомных газов найдена постоянная В. Определите момент инерции вращения молекул вещества А и равновесное расстояние между атомами (табл.5).

42-55. По разности волновых чисел соседних линий поглощения ∆ν~ рассчитайте момент инерции, вращательную постоянную В (в Дж), приведенную массу, межъядерное расстояние, энергию вращения на вращательном квантовом уровне с j = 5 для молекул, приведенных в табл.6.

Та

56-61. Вычислите стандартную теплоту образования соединения (табл.7) из простых веществ, если известна его теплота сгорания (см.табл.2 приложения) при Т = 298 К и р= 1,0133 105 Па. Принять, что продукты сгорания СО2 (г), Н2О (ж) и N2 (г). теплоты сгорания С

иН2 соответственно равны:

С(граф.) + О2 = СО2(г) - 393,51 кДж/моль. Н2 + ½ О2 = Н2О (ж) - 285,84 кДж/моль.

62.Рассчитайте тепловой эффект реакции разложения глюкозы С6Н12О6 (к) = 2С2Н5ОН (ж) + 2СО2 при 298 К и 1,0133 105 Па (см. табл. 2 и 3 приложения).

63.Рассчитайте (в Дж/моль) разность между тепловыми эффектами при постоянном

давлении (∆Н) и постоянном объеме (∆U) реакции СН3СНО (г) + Н2 = С2Н5ОН (ж), протекающей при298 К, а спирт перевести в газообразное состояние?

64.Постройте кривую зависимости теплового эффекта от температуры до 1000 К включительно для реакции С2Н6 = С2Н4 + Н2 (см. табл.3 приложения).

65.На основании эмпирических величин энтальпий образований связей оценить эн-

тальпию изомеризации ∆Н этилового спирта в диметиловый эфир СН3СН2ОН (г) = СН3ОСН3 (г) (см. табл. 4 приложения).

66. Вычислите по энергиям связи теплоту реакции (см. табл.4 приложения) С2Н4 + Н2О (г) = С2Н5ОН (г). Сравните ее с ∆Н, вычисленной через теплоты образования (см.табл.3 приложения).

67-70. Найдите тепловой эффект реакции (а), если известны тепловые эффекты ∆Н реакций (б) (табл.8).

71-82. Вычислите ∆Но, ∆Uо, ∆Gо (энергию Гиббса), ∆Fо (энергию Гельмгольца) для следующих реакций (табл.9). определите, в каком направлении пойдет реакция при стандартном давлении и 298 К (см. табл. 2 приложения).

83-88. Вычислите ∆G298o (стандартную энергию Гиббса), ∆F298o (стандартную энергию

Гельмгольца) для реакций, приведенных в табл.10. определите, в какую сторону пойдет реакция при данных условиях. Для решения задач используйте данные таблицы 5 приложения.

89.Подсчитайте ∆S испарения 1 моль муравьиной кислоты, если tкип = 100,6оС, а ∆Нисп

=46,1 кДж/моль.

Таблица 8

832HCl (г) = Н2 (г) + Cl2 (г)

842СО2(г) = 2СО(г) + О2 (г)

85MgCO3(к) = MgO (к) + СО2 (г)

86Mg(OH)2 (к) + СО2 = MgCO3(к) + Н2О (ж)

87СаС2(к) + 3СО (г) = СаСО3 (к) + 4С

88Fe3O4 (к) + 4Н2 (г) =3 Fe (к) + 4Н2О (г)

90.Считая Ср N2 равным 7/2 R[R = 8,314 Дж/(моль К)] и постоянным вычислите изменение энтропии при нагревании 5г N2 от 0 до 120оС: а) при постоянном давлении; б) при постоянном объеме.

91.Определите изменение энатальпии, внутренней энергии и энтропии при переходе 1

кг Н2О, взятой при р1 = 1,0133 105 Па и Т1 = 298 К, в пар при р2 = 0,3123 105 Па и Т2 = 373 К.

Принять Ср (ж) = Сv (ж) = 4,187 103 Дж(кг К). удельная теплота испарения ∆Нисп = 2260,98 103Дж/кг. Считать пар идеальным газом.

92.В одном из сосудов одинакового объема 5м3 находится 10 кг азота, в другом - 30кг кислорода. В обоих сосудах температура одинакова. Найдите изменение энтропии при диффузии в результате соприкосновения содержимого этих сосудов.

93.Рассчитайте изменение энтропии при превращении 1кг Н2О, взятой при 0оС, пар

при110оС. Удельная теплота испарения воды в среднем равна 2255,17 103Дж/кг. Удельная теплоемкость жидкой воды равна 4,184 103Дж/(кг К). удельная теплоемкость водяного пара при р = const равна 1912 Дж/(кг К).

94.Удельная теплота плавления свинца 24,6 106Дж/кг, tпл = 327оС. Определите ∆S для 4 моль свинца (молекула свинца состоит из одного атома).

95.Для химической реакции СО + Н2О ↔ СО2 + Н2 при 373 К ∆G2980 = - 25,6 106Дж/кмоль. Рассчитайте константу равновесия.

96.Подсчитайте сродство Fe к кислороду воздуха ( pO2 =0,2 атм, или 2,0266 104Па) при

Т= 1000 К, если константа равновесия реакции 2Fe + O2 = 2FeO при этой температуре Кр = 2,45 1020 атм-1 = 2,418 1015 Па.*

97-104. Рассчитайте Кр и Кс при 300 К, если общее давление равно 0,8 105 Па, а равновесное количество вещества С равно х (табл.11).

105. Константа равновесия реакции СО + Н2О ↔ СО2 + + Н2 при 970 К и р = 1,0133 105 Па равна 1. Определите по значению ∆G, в какую сторону пойдет реакция, если исходная реакционная смесь имеет следующий состав (в молярных долях): 45% СО, 15% Н2О, 25% СО2, 15% Н2?

*См. сноску к задаче 106.

106. Для реакции Н2 + ½ О2 ↔ Н2О (г) при 298 К Кр=1040 атм-1/2 (Кр = 3,14 1037Па-1/2)*. В какую сторону смещено равновесие этой реакции в стандартных условиях при 298К? Под-

считайте ∆G2980 .

107. Для реакции 2 NO2 = N2O4 при 298 К константа равновесия равна 12,27 атм-1. Определите направление реакции при общем давлении 1 атм и при следующих начальных парциальных давлениях веществ (расчет проведите в системе СИ)*:

а) pN2O4 =0,2 атм; pNO2 =0,8 атм; б) pN2O4 =0,8атм; pNO2 =0,2атм.

108-112. Зависимость константы равновесия Кр реакций от температуры выражается уравнением типа:

a

lg K p = T +b lg T + cT + d.

Коэффициенты a, b, c, d даны в табл.12. Определите численное значение Кр при температуре Т. Постройте график зависимости lgKp = f(1/T) в пределах от (Т - 100) до (Т + 100) К. Как изменяется Кр с изменением температуры? Определите тепловой эффект ∆Н при температуре Т, указанной в табл.12. Результат выразите в системе СИ*.

* Если за стандартное давление принять р0 = 1 атм, то ∆G0 = -RTlnKp, если р0 = 1,01325 105 Па, то ∆G0 = 95,828 ∆nT - RTlnKp (Kp выражена в Па, R - в кдж/моль).

113. При 30оС степень диссоциации α реакции SO2Cl2 и общем давлении 0,5 атм равна 0,2342. Вычислите Кр в системе СИ*.

114.PCl5 диссоциирует по уравнению: PCl5 ↔ PCl3+ Cl2. При 500 К и 1 атм 1 м3 равновесной смеси весит 3,133 кг. Вычислите α и Кр в системе СИ*.

115.Константа равновесия реакции С2Н5ОН + СН3СООН ↔ СН3СООС2Н5 + Н2О равна

4.Сколько эфира получится, если взять 100г спирта и 20г СН3СООН?

116.Определите теплоту перехода ромбической серы в моноклиническую. Температура

перехода при давлении 1,0133 105 Па 96,7оС, прирост удельного объема составляет 0,0000138

м3/кг, dT/dp = 3,2567 10-7 град/Па.

117.Определите температура кипения воды при давлении 2,0266 105 Па, если удельная теплота испарения Н2О при 100оС равна 2254,757 кДж/кг.

118.Под каким давлением будет кипеть вода при 97оС? Удельная теплота испарения воды 2254,757 кДж/кг.

119.Теплота испарения воды при температуре кипения под давлением 1,0133 105 Па

равна 2254,757 кДж/кг. Рассчитайте изменение давления пара воды при снижении температуры на 1оС вблизи точки кипения.

120.Давление пара метилового спирта при 20оС равно 12554 Па, а при 40оС - 34551 па. Определите молярную теплоту испарения.

121.Определите молярную массу пара СН3СООН, если при 90оС давление пара над жидкой СН3СООН равно 39113,38 Па и при 130оС - 138822,10 Па. Удельная теплота испарения при температуре кипения 117,4оС равна 405,848 Дж/кг. Вычислите молярную теплоту испарения. Делением её на удельную теплоту испарения определите молекулярную массу

пара и сравните её с молекулярной массой, вычисленной по формуле СН3СООН. Сделайте вывод о характере взаимодействия молекул уксусной кислоты в паре.

122.При 25оС давление паров Н2О составляет 3173,21 Па. Зная температуру кипения

Н2О при атмосферном давлении, вычислите среднее значение энтальпии испарения и энтропии испарения при 25оС и температуре кипения.

123-126. Давление пара вещества имеет следующее значение при температуре t (табл.13). Определите графически теплоту испарения и Ткип.

127-130. Определите, при какой температуре плавится Bi под давлением р, если плотности жидкого и твердого Bi при температуре его плавления (271оС) соответственно равны 10005 и 9637 кг/м3. Теплота плавления 10878,4 кДж/моль (табл.14).

131. Найдите изменение температуры плавления бензола при увеличении давления до 10,133 105 Па, если температура плавления его равна 5,6оС. Удельная теплота плавления бензола 128,031 кДж/кг, разность удельных объемов в жидком и твердом состоянии соответст-

вует 1,301 10-5 м3/кг.

132. Превращение ромбической NH4NO3 в ромбоэдрическую форму при 32оС сопровождается поглощением 21,004 кДж/кг. Плотность при этом уменьшается с 1,72 103 до 1,66 103 кг/м3. Рассчитайте dT/dp (в град/Па).

*См. сноску к задаче 106.

133.Давление насыщенного пара Н2О при 40оС равно 7375,9 Па. Вычислите давление пара раствора, содержащего 10г глицерина на 400 г Н2О.

134.Давление насыщенного пара Н2О при 50оС равно 12334 Па. Вычислите давление пара раствора, содержащего 0,01 моль нелетучего вещества 200 г Н2О.

135.Сколько глицерина С3Н8О3 должно быть растворено в воде (в %), чтобы давление пара раствора было на 2% ниже давления пара чистой воды?

136.Вычислите давление пара 5%-ного раствора сахара С12Н22О11 в воде при 100оС и процентное содержание глицерина в водном растворе, давление пара которого равно давлению пара 5%-ного раствора сахара.

137.Определите температуру кипения раствора 10г глюкозы в 90 г Н2О. Эбуллиоскопическая константа для воды 0,512.

138.Сколько граммов глицерина следует растворить в 0,002 м3 Н2О, чтобы осмотиче-

ское давление полученного раствора при 17оС было 2,026 105 Па?

139. Определите криоскопическую константу воды, зная, что раствор 0,524 г сахарозы

С12Н22О11 в 75 г Н2О замерзает при 0,038оС.

140. Раствор, содержащий 0,5 г нелетучего растворенного вещества (с молекулярной массой 182) в 42 г бензола, кипит при 80,27оС. температура кипения чистого бензола 80,1оС. Определите молярную теплоту испарения бензола.

141.Удельная теплота испарения воды при температуре кипения равна 2253,02 103 Дж/кг. Определите температуру кипения водного раствора, содержащего 0,08 моль нелетучего растворенного вещества в 200 г Н2О.

142.Коэффициент распределения этилового спирта между CCl4 и водой равен 0,0244. Каковы будут концентрации (кмоль/м3) спирта в равновесных растворах, если 0,1 моль спир-

та распределятся между 400 мл Н2О и 600 мл CCl4?

143-145. Определите активность вещества А в растворе. Данные для расчета приведены в табл.15.

146. Давление пара раствора, содержащего 13г нелетучего растворенного вещества в 100 г воды, при 28оС равно 0,0365 105 Па. Рассчитайте молекулярную массу растворенного вещества, предполагая, что раствор идеальный. Давление пара воды при 28оС равно

0,0374 105 Па.

147.68,4 г сахарозы (Мr = 342) растворено в 1000 г Н2О. Плотность раствора при 20оС 1,024 103 кг/м3. Давление пара чистой воды при 20оС, 0,0231 105 Па. Определите: а)давление пара над раствором; б) осмотическое давление.

148.Рассчитайте эбуллиоскопическую константу воды (температуру кипения 100оС),

если удельная теплота испарения 2258,10 103 Дж/кг.

149. При распределении фенола между водой и бензолом получены следующие данные (С в кмоль/м3):

Определите коэффициент распределения и показатель степени в формуле, описывающей закон распределения.

150-153. При перегонке вещества А с водяным паром смесь закипает под давлением 1,0133 105 Па при температуре tоС. Вещество А практически нерастворимо в воде. Вычислите, какое количество вещества А переходит в дистиллят с 1кг Н2О. Исходные данные приведены в табл.16.

154. Температура плавления фенола 40оС. раствор, содержащий 0,172 г ацетанилида С8Н9ON в 12,54 г фенола, замерзает при 39,25оС. Вычислите удельную теплоту плавления фенола.

Таблица 16

155-159. Давление пара чистых веществ А и В при температуре tоС указано в табл.17. Там же указаны молярные доли или соотношения веществ А и В в растворе. Определите: парциальные давления веществ А и В и общее давление над раствором: молярную долю вещества В в паре. При смешении компонентов образуются почти идеальные растворы.

160. При 27оС осмотическое давление раствора сахара в воде 1,05 атм. Определите осмотическое давление этого раствора при 0оС (задачу решите в системе СИ).

161.При 25оС давление паров воды равно 0,0316 105Па. Чему равно давление паров воды над раствором, содержащим 10 г мочевины в 200г Н2О?

162.Сколько граммов глицерина необходимо добавить в 0,5 кг Н2О, чтобы раствор не замерзал до -0,5оС. Криоскопическая постоянная воды равна 1,86.

163.Водный раствор этилового спирта, содержащий 8,74 г спирта на 1000г Н2О, замерзает при -0,354оС. Определите молекулярную массу спирта в этом растворе. Криоскопическая постоянная воды равна 1,86.

164.Раствор, содержащий 1,632 г трихлоруксусной кислоты в 100г бензола, отвердевает на 0,350о ниже, чем бензол. Определите, имеет ли место диссоциация или ассоциация трихлоруксусной кислоты в бензольном растворе и в какой степени. Молекулярное понижение температуры отвердевания бензола (криоскопическая постоянная бензола) равно 5,12.

165.При 100оС давление насыщенных паров SnCl4 равно 0,6626 105 Па, а CCl4, 1,93326 106 Па. При давлении 1,0133 105 па температура кипения SnCl4 114оС и CCl4 77оС.

смесь SnCl4 и CCl4 подчиняется законам идеальных газов. Постройте график давления пара (р, р1, р2) = f (состава смеси) при 100оС.

166.При распределении уксусной кислоты между тетрахлоридом углерода и водой

были получены следующие концентрации (кг/м3):

Определите коэффициент распределения, показатель степени в формуле, описывающей закон распределения. В водном растворе уксусная кислота имеет нормальную молекулярную массу. Определите молекулярную массу уксусной кислоты в CCl4.

167.Этанол и метанол образуют почти идеальные растворы. При 20оС давление пара этанола равно 0,05933 105 Па, а метанола - 0,11826 105 Па. Рассчитайте: а) молярные доли метанола и этанола в растворе, полученном при смешивании по 100 г каждого; б) парциальные давления и общее давление пара раствора; в) молярную долю метанола в паре.

168.Эквивалентная электрическая проводимость 0,00102 н. СН3СООН равна при 25оС

4,815 См м2 кг-экв-1. Эквивалентная электрическая проводимость при бесконечном разведении 39,06 См м2 кг-экв-1. Рассчитайте степень диссоциации уксусной кислоты при этой концентрации и константу диссоциации.

169. Вычислите эквивалентную электрическую проводимость 0,05н СН3СООН при 25оС, если известно, что при бесконечном разведении λ∞ 39,10 См м2 кг-экв-1 и Кдис = 1,8 10-5.

170.Удельная электрическая проводимость насыщенного раствора бромида таллия при 20оС равна 2,158 10-2 См м-1. Эквивалентная электрическая проводимость этой соли при бесконечном разбавлении 13,83 См м2 кг-экв-1. Вычислите растворимость бромида таллия.

171.Удельная электрическая проводимость раствора NH4OH при С1 = 0,0109 кмоль/м3

= 1,22 10-2 См м-1; при С2 = 0,0219 кмоль/м3 = 1,73 10-2 См м-1. Рассчитайте соответствующие указанным концентрациям раствора значения эквивалентных электрических проводимостей, степеней диссоциации и концентрации ионов гидроксила. Определите также зна-

чение константы диссоциации данного электролита. Для NH4OH λ∞ = 27,1 См м2 кг-экв-1.

172.При 18оС эквивалентная электрическая проводимость иодистоводородноё кисло-

ты при бесконечном разбавлении λ∞ = 38,4 См м2 кг-экв-1, а удельная электрическая проводимость HI (C = 0,406 кг-экв/м3) = 13,32 10-2 См м-1. Каково значение активности ионов водорода в растворе?

173.Эквивалентная электрическая проводимость λ при 25оС раствора уксусной кислоты при разведении 32м3 равна 0,92 См м2 кг-экв-1, λ∞ = 38,9 См м2 кг-экв-1. Определите константу диссоциации.

174.Эквивалентная электрическая проводимость при бесконечном разведении пикра-

та калия при 25оС равна 10,397 См м2 кг-экв-1, подвижность иона К+ 7,358 См м2 кг-экв-1. Вычислите подвижность пикрат-иона и его число переноса.

175. Растворимость умеренно растворимого ферроцианида кобальта Со2Fe(СN)6 определялось измерением удельной электрической проводимости в насыщенном растворе. Найдено, что при 25оС насыщенный раствор имеет удельную электрическую проводимость 2,06 10-4 См м-1, в то время как удельная электрическая проводимость используемой воды была 4,1 10-5 См м-1. Подвижность иона Со2+ 4,3 См м2 кг-экв-1. Определите растворимость Со2Fe(CN)6 в воде при 25оС.

176.Водный раствор LiX концентрации 0,1 кмоль/м3 имеет удельную электрическую

проводимость 0,9 См м-1 при 25оС. Ионная электрическая проводимость Li+ 3,95 См м2 кг- экв-1. Определите эквивалентную электрическую проводимость раствора и ионную электрическую проводимость аниона Х-.

177.Удельная электрическая проводимость водного раствора пропионовой кислоты

СН3СН2СООН при концентрации 1% по массе и температуре 298,2К составляет 4,79 10-5 См м-1. Считая, что плотность раствора равна 1 103 кг/м3, рассчитайте рН этого раствора, ес-

ли λH+ = 34,98 См м2 кг-экв-1, а

λC2 H5COO− = 3,58 См м2 кг-экв-1.

178. Определите λ∞ для NH4OH на основании следующих данных: λ∞Ва(ОН)2 = 22,88;

λ∞ = ВаCl2 = 12,03; λ∞NH4Cl = 12,98 См м2 кг-экв-1.