Семинары по физхимии_2013 / Семинар 1 Идеальный газ

Семинар № 1

Уравнение состояния идеального газа и его следствия

1. Массовые доли компонентов газовой смеси равны (в %): Cl₂ – 67; Br₂ – 28; O₂ – 5; вычислите: 1) объемные доли компонентов; 2) парциальные давления компонентов; 3) объем 1 кг смеси. Общее давление равно 1,01310⁵ Па. Температура 373К.

Ответ: Cl₂ (74 об.%, p = 0,750105 Па); Br₂ (13,7 об.%, p = 0,139 10⁵ Па); O₂(12,2 об.%, p =0,124 10⁵ Па).

2. Какая масса диоксида углерода при 5,06610⁵ Па и 323К занимает одинаковый объем с 1 г гелия при 1,01310⁴ Па и 273,15 К? Чему равны плотности этих газов?

Ответ: m _CO2 = 0,465 кг; _CO2 = 8,303 кг/м³; _He = 1,78 10^-2 кг/м³.

3. Вычислите, используя уравнение Ван-дер-Ваальса, температуру, при которой объем 1 кг метана станет равным 0,1 м³ при 2,026 10⁶ Па. Сравните полученный результат с расчетом по уравнению состояния идеального газа. Ответ: T = 396K

4. Вычислите степень диссоциации фосгена, если 2 г фосгена, нагретые до 500°С занимают при 1 атм объем 1,985 л. Ответ:  = 0,543.

5. При 70 °С и атмосферном давлении N₂O₄ диссоциирует на 65,6 % по уравнению:

N₂O₄  2NO₂ .

Вычислить среднюю молярную массу газовой смеси. Ответ: М_средн. = 55,56 г/моль

6. Определите молярную массу и установите формулу вещества, если плотность его пара при 373К и 1,01310⁵ Па равна 2,55 г/л. Массовое отношение элементов в этом соединении C:H = 12:1.

7. Смесь аргона и кислорода (плотность по водороду 17,33) подвергнута действию тихого электрического разряда, после чего ее плотность возросла до 19,47.

• Рассчитайте количественный состав газовой смеси до эксперимента и после.

(после – 37,36% Ar, 37,92% O₂ и 24,72% О₃)

• Что может происходить при пропускании получившейся газовой cмecи через раствор иодида калия (уравнение реакции)? Меняется ли при этом объем смеси? Меняется ли плотность смеси?

7. Установите формулу газа, который тяжелее газовой смеси, полученной при разложении бромида аммония , но легче смеси, полученной при окислении углерода концентрированной серной кислотой. Ответ подтвердите расчетом. ( C₄H₈ )

7. В замкнутом сосуде смешали водород, кислород и хлор. Плотность полученной газовой смеси по гелию равна 3,2375 . В смеси в 14 раз больше водорода, чем хлора (по объему). Смесь газов взорвали и охладили. Определите состав (в масс.%) полученного раствора (  (HCl) = 28,85% )

7. Реакцию синтеза метанола из оксида углерода (II) и водорода, взятого в двукратном избытке по отношению к стехиометрическому, проводят в замкнутом реакторе при повышенной температуре и давлении 20 МПа. После окончания процесса давление в реакторе при той же температуре составляет 18 МПа. Рассчитайте степень превращения оксида углерода в метанол и содержание метанола в реакторе (объёмные %). Ответ: Степень превращения СО и выход метанола 25 %; содержание метанола 5,6 мол. % = 5,6 об. %.

8. 560 л (н.у.) смеси азота и водорода , плотность которой по водороду равна 3,6 , пропустили над катализатором при нагревании, после чего ее плотность по водороду составила 4,5. Определите выход аммиака. ( 50% )

7. К 40 л смеси азота и аммиака добавили 20 л газообразного хлороводорода, в результате образовалась газовая смесь, имеющая плотность по воздуху 0,871. Определите объемные доли газов в исходной смеси.

8. При одинаковых условиях один и тот же сосуд заполняли поочередно: а) кислородом – общая масса 59 г; б) метаном – общая масса 57 г; в) смесью метана и кислорода – общая масса 57,5 г. Определите состав смеси.

9. На одной чаше весов находится колба с аммиаком при атмосферном давлении. Другую такую же колбу наполнили неизвестным газом при давлении 57,4 кПа, при этом весы уравновесились. Предложите три возможные формулы этого газа.

10. Имеется смесь азота и водорода, которая на 5% легче гелия. При пропускании смеси над нагретым катализатором образовался аммиак, в результате чего смесь стала тяжелее гелия при тех же условиях. Рассчитайте область допустимых значений для выхода аммиака. ( Выход более 36%)

11. Имеется смесь алкана и кислорода с относительной плотностью по водороду 16,67. После полного сгорания алкана и приведения полученной смеси к нормальным условиям, получили смесь газов с относительной плотностью по водороду 19. Определите формулу алкана. (Пропан)

12. Гидразин при умеренном нагревании разлагается, образуя либо смесь простых веществ, либо продуктов диспропорционирования азота. Некоторые металлы ускоряют одну из этих реакций, другие – обе указанные реакции. При полном разложении гидразина в присутствии металлического родия образуется газовая смесь с плотностью 0,260 г/л ( 1 атм, 227 ^ОС). В аналогичных условиях в присутствии меди образуется смесь с плотностью 0,418 г/л. Металлический кобальт приводит к образованию газовой смеси с относительной плотностью по гелию 4,8. Определите состав продуктов реакции для каждого из катализаторов. Рассчитайте мольную долю гидразина, распадающегося на простые вещества, если металл катализирует обе реакции. ( Зональный тур олимпиады 2003 г.)