KR_fizkhim_abramovsky

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В.Ломоносова»

Кафедра теоретической и прикладной химии

(наименование кафедры)

Хорошев Олег Юрьевич

(фамилия, имя, отчество студента)

Институт

ТиПХ

курс

2

группа

504

КУРСОВАЯ РАБОТА

Физическая химия

По дисциплине

На тему

(наименование темы)

Работа допущена к защите

(подпись руководителя)

(дата)

Признать, что работа

выполнена и защищена с оценкой

Руководитель

(должность)

(подпись)

(и.,о., фамилия)

(дата)

Архангельск

2015

ЛИСТ ЗАМЕЧАНИЙ

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оглавление

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТ

КУРСОВАЯ РАБОТА 1

1 ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ (ЗАКОН КИРХГОФА)

Вариант №2

Вывести аналитическую зависимость теплового эффекта (Дж/кмоль) реакции от температуры, если известен тепловой эффект этой реакции при 298 К. Вычислить тепловой эффект реакции при температуре Т⁰.

С₂H₆=C₂H₄+H₂

	кДж/моль	A	b·10-³	c·	c´·
С2H6	-84.67	5.75	175.11	-37.9	-
C2H4	52.30	11.32	122.01	-57.85	-
H2	0	27.28	3.86	-	0.502

Уравнение зависимости С_р=f(T) имеет вид:

Находим тепловой эффект реакции.

где тепловой эффект этой реакции при температуре 298 К равен:

Находим тепловой эффект при 400 К.

2 ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Вариант №21

Рассчитать изменение энтропии при нагревании /охлаждении/ при постоянном давлении в интервале температур от Ti до Т2 g кг. вещества А, если известны его температура плавления и кипения, теплоемкость в твердом, жидком и газообразном состоянии, теплоты плавления и испарения. Средние теплоемкости веществ во всех агрегатных состояниях, теплоты плавления и испарения найти по справочнику химика.

Вещество А	g, кг	Т1, К	Т2, К	Ср г, калл/г*гр	Срж,калл/г*гр	Ср тв, калл/г*гр
С8H10, о-ксилол	60	423	223	0,36	0,425	0,33

Охлаждение:

Газообразное

Т_пл

Т₂

Твердое

Т₁

Т_кип

T_пл= 247,8 К; Т_кип= 417,4 К;

ΔH_пл = 3,25 калл/моль; ΔН_исп.= 8,8 калл/моль;

Т₁= 423 К; Т₂= 223 К.

Переведем теплоты плавления и испарения в единицы измерения Дж/моль:

ΔН_пл= 3,25*10³*4,1868 = 13607,1 Дж/моль;

ΔН_исп= 8,8*10³*4,1868 = 36849,8 Дж/моль;

Переведем теплоемкость в твердом, жидком и газообразном состоянии в единицы измерения Дж/К:

С_{р г}= М*0,36*4,187= 106*0,36*4,187 = 159,8 Дж/(моль*К)

С_{р ж}= М*0,425*4,187= 106*0,425*4,187 = 188,6 Дж/(моль*К)

С_{р тв}= М*0,33*4,187= 106*0,33*4,187 = 146,5 Дж/(моль*К)

Рассчитаем изменение энтропии при охлаждении:

ΔS^/ = C_{p г}*ln(T_кип / Т₁) – ΔН_исп / Т_кип + C_{p ж}*ln(T_пл / Т_кип) – ΔН_пл / Т_пл + C_{p тв}*ln(T₂ / Т_пл) = 159,8*ln(417,4 / 423) – 36843,8 / 417,4 + 188,6* ln(247,8 / 417,4) – 13607,1 / 247,8 + 146,5*ln(223 / 247,8) = -272,42 Дж/моль*К

Вычислим количество вещества А ( С₁₀Н₈О, α-нафтол):

n = m / M = 60000 / 106 = 566,04 моль

Окончательно получаем:

ΔS = ΔS^/*n = -272,42*566,04 = -154,2 кДж/К

Ответ: ΔS=-154,2кДж/К

3 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ: ЖИДКИЕ СИСТЕМЫ

Вариант №10

Дана зависимость составов жидкой (X) и газообразной (Y) фаз от температуры (Т) для бинарной жидкой системы А – В при постоянном давлении P. Составы X и Y выражены в молярных процентах вещества A.

1. Построить график зависимости состава пара (Y) от состава жидкой фазы (X) при постоянном давлении.

2. Построить график зависимости “состав – температура кипения”.

3. Определить температуру кипения системы, содержащей а молярных процентов компонента A; каков состав первого пузырька пара, при какой температуре исчезнет последняя капля жидкости и каков ее состав.

4. Определить состав пара, находящегося в равновесии с жидкой бинарной системой при температуре Т₁.

5. При помощи какого эксперимента можно установить состав жидкой бинарной системы, если она начинает кипеть при температуре Т₁ (при наличии диаграммы “состав – температура кипения”)?

6. Какой компонент и в каком количестве может быть выделен из системы, состоящей из б кг вещества A и в кг вещества B?

7. Какого компонента и какое количество надо добавить к указанной в пункте 6 смеси, чтобы получилась азеотропная смесь?

8. Какое количество вещества A (кг) будет в парах и жидкой фазе, если 2 кг смеси, содержащей a % вещества A, нагреть до температуры T₁?

9. Определить вариантность системы в азеотропной точке.

Система					Состав A, мол%					T, К			P·10-4, Н/м2
					X		Y
A – CH3OH B – C6H6					0		0		347,1			9,140
					0,5		0,8		347,0
					7,3		10,0		346,3
					15,9		20,2		345,8
					28,0		32,4		345,2
					35,2		38,9		344,9
					42,9		45,9		344,7
					51,3		52,8		344,6
					57,2		57,7		344,6
					58,8		58,7		344,6
					61,3		61,0		344,6
					69,3		67,5		344,8
					79,2		76,5		345,1
					89,4		87,1		345,6
					100,0		100,0		346,4
T1	а	Б	в
345.4	25	52.7	47.3

1. На основании табличных данных состава жидкой (X) и газообразной (Y) фаз строим диаграмму состава пара от состава жидкой фазы. В одинаковом масштабе на оси ординат откладываем состав паровой фазы, а на оси абсцисс – состав жидкой фазы в молярных долях, %. Равновесные точки соединяем интерполяционной кривой 1. Затем проводим прямую 2, которая соответствует одинаковому составу летучей смеси и равновесного с ней пара. Пересечение кривой состав пара – состав жидкой фазы с этой прямой характеризует состав азеотропы. В ПРИЛОЖЕНИИ 1

2. По данным температур кипения и составам жидкой и паровой фаз строим диаграмму состав – температура кипения. На оси ординат откладываем температуры кипения, на оси абсцисс – состав. Каждой температуре кипения растворов отвечают две точки, определяющие составы жидкости и равновесного с ней пара. Соответствующие точки соединяем кривыми. Кривая 1 соответствует составу кипящей жидкости, кривая 2 – составу равновесного с ней пара при заданной температуре. В ПРИЛОЖЕНИИ 2

3. Система, содержащая 80 % CH₃OH, начнет кипеть при T₁=330,0 К. Состав первого пузырька пара – 66 % CH₃OH и 34 % C₆H_6. Последняя капля жидкости исчезнет при T₂=331,8 К и ее состав будет 8 % C₆H₆ и 92 % CH₃OH.

4. Состав пара, находящегося в равновесии с жидкой бинарной системой, кипящей при T₁=331 К, равен 75 % CH₃OH и 25 % C₆H₆.

5. Дистилляция – процесс разделения жидкой смеси на фракции путем частичного испарения с последующей конденсацией пара. Если при перегонке из системы выделится CH₃OH и азеотропная смесь, то состав системы определяется точкой K; если C₆H₆ и азеотроп, то точкой – D.

6. Чтобы определить, какой компонент может быть выделен из системы, следует установить исходный состав смеси в молярных долях %, по уравнению:

,

где N%_A – молярная доля компонента A в смеси: %;

g_A – масса вещества A, кг;

M – молекулярная масса.

%

Тогда %

Из системы может быть выделен CH₃OH, а C₆H₆ полностью перейдет в азеотроп.

Состав азеотропной смеси: 64 % CH₃OH и 36 % C₆H₆.

Перевод молярного состава в весовой:

%

Тогда %

Определяем массу CH₃OH в азеотропе:

42,17 % – х кг

57,83 % – 37,8 кг

кг

Тогда из системы выделится CH₃OH:

62,20 – 27,56 = 34,64 кг

7. Чтобы получить азеотропную смесь, нужно добавить к системе C₆H₆.

Определим массу C₆H₆, находящейся в азеотропной смеси:

57,83 % – x кг

42,17 % – 62,2 кг

кг

Следовательно, чтобы получить азеотропную смесь, нужно добавить массу C₆H₆:

85,30 – 37,80 = 47,50 кг.

8. При T=331 К система, состоящая из 80 % CH₃OH, разделяется на 2 фазы: паровую состава K – 88% CH₃OH и жидкую состава C – 75% C₆H₆.

Правило рычага Алексеева:

Переведем составы, отвечающие точкам B, K, C в весовые проценты по формуле:

Состав в точке K: %

Состав в точке B: %

Состав в точке C: %

Если за х обозначить массу паровой фазы, то (2 – х) – масса жидкой фазы. Тогда:

x = 1,30 кг (паровой фазы)

Масса жидкой фазы: 2 – 1,30 = 0,7 кг.

9. Вариантность системы в азеотропной точке равна:

С = К – Ф + 1 = 1 – 2 + 1 = 0

5 ЭЛЕКТРОХИМИЯ

Вариант №16

Для окислительно-восстановительного элемента типа: (+) Pt | A,B || C,D| Pt (-)

по стандартным электродным потенциалам полуэлементов (Краткий справочник физико-химических величин. Под редакцией К.П.Мищенко, А.А.Равделя. 1974) написать уравнение и вычислить константу равновесия реакции окисления-восстановления. Вычислить э.д.с. элемента (T = 298К). Указать, можно ли практически изменить направление реакции за счет изменения концентрации компонентов. Принять ,

A	B	C	D	aA	aB	aC	aD
Сo3+	Co2+	Cr3+	Cr+2	0,012	0,01	0,005	0,06

Значения стандартных электродных потенциалов полуэлементов:

(Pt) =-0.41 В

(Pt) =1.82В

Таким образом, имеем электрохимический элемент, составленный из двух разных окислительно-восстановительных электродов: