Семинары по физхимии_2013 / Семинар 5

Семинар № 5

Второе начало термодинамики. Расчет изменений энтропии при различных процессах. Зависимость энтропии от температуры.

1Вычислите изменение энтропии при нагревании 16 кг кислорода от 273 до 373 К:

1) при постоянном объеме; 2) при постоянном давлении. Считайте молекулу кислорода жестким ротатором, а газ– идеальным.

Ответ: S_v = 3243,6 Дж/К, S_p = 4541,0 Дж/К.

2 Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 0,4 моль хлорида натрия от 20 до 850 ^◦С. Молярная теплоемкость хлорида натрия равна:

Ср⁰(NaCl_(тв)) = 45,94 + 16,32·10^–3Т Дж/(моль·К); Ср⁰(NaCl_(ж)) = 66,53 Дж/(моль·К).

Температура плавления хлорида натрия 800 ^◦С, теплота плавления 31,0 кДж/моль.

Ответ:S = 41,7 Дж/К.

3 Рассчитайте изменение энтропии при образовании 1 м³ воздуха из азота и кислорода (φ(О₂) = 20%) при стандартных условиях ( t= 25 ^◦С, Р = 1 атм). Газы считать идеальными.

Ответ:S = 170 Дж/К.

4 В сосуд, содержащий 1 дм³ воды, при 20 °С погружена нагретая до 200 °С железная пластинка массой 10 г. Определите конечную температуру системы и изменение энтропии, если С_p^◦_, (Fe) = 27,15 Дж/(моль·К); С_p,^◦(H₂O) = 69,95 Дж/(моль·К).

Ответ:…….

5 Рассчитайте изменение энтропии 1000 г метанола в результате его замерзания при минус 105 °С. Теплота плавления твердого метанола при минус 98 °С равна 3160 Дж/моль. Теплоемкости твердого и жидкого метанола равны 55,6 и 81,6 Дж/(моль·К) соответственно. Объясните, почему энтропия при замерзании уменьшается, хотя процесс самопроизвольный.

Ответ: S = – 531 Дж/К.

6 Пользуясь справочными данными, рассчитайте стандартное изменение энтропии в реакции Н_2(г) + ½ О_2(г) = Н₂О_(г) а) при 25 °С и б) при 300 °С.

Ответ:_rS⁰₂₉₈ = – 44,4 Дж/К. :_rS⁰₅₇₃ = – 50,9 Дж/К.

7 Рассчитайте изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии при нагревании 200 г бензола от 25 °С до нормальной температуры кипения 80,1 °С и полном испарении жидкости (давление нормальное).Для простоты считать, что молярная теплоемкость бензола не зависит от температуры и равна 136,1 Дж/(моль·К). Удельная теплота испарения бензола при нормальном давлении равна 395 Дж/г.

Ответ: ΔU = 90,7 кДж; ΔH = 514,8 кДж; ΔS = 282,9 Дж/К.

8 Стандартная энтропия золота при 25 °С равна S^◦₂₉₈ = 47,40 Дж/(моль·К). При нагревании до 484 °С энтропия золота увеличилась в 1,5 раза. До какой температуры нужно охладить золото, чтобы его стандартная энтропия была в два раза меньше, чем при 298 К? Теплоемкость считать не зависящей от температуры. Ответ: 117,3 К

9 Два куска одного и того же металла одинаковых размеров с разными температурами Т₁ и Т₂ приведены в контакт и оставлены до выравнивания температур. Показать, что общее изменение энтропии в этом процессе равно

ΔS= .

10 Температурная зависимость молярной теплоемкости оксида углерода(II) выражается уравнением Ср⁰(СО) = 28,41 + 4,10·10^–3Т– 0,46·10⁵Т^–2 Дж/(моль·К). Рассчитайте молярную энтропию оксида углерода(II) при температуре 1000 К и давлении 2 атм, если

S^◦₂₉₈(СО) = 47,40 Дж/(моль·К).

Примечание – Вывести общую расчетную формулу для молярного значения энтропии как функции температуры и давления S_m (T,P), представив переход (Р =1атм; Т =298 К) → (Р,Т) как сумму двух переходов – изобарическое нагревание (Р =1атм; Т =298 К) →

(Р =1 атм, Т) и изотермическое изменение давления (Р =1 атм, Т) → (Р,Т).