Рекомендована література:

1. Гамеева О.С. Физическая и коллоидная химия. М.:Висш.школа,1969.408 § 42, 43

Практична робота №8

Тема роботи - Розрахунок фазової рівноваги.

Мета роботи: навчитися визначати число ступенів свободи, яким володіє система.

Теоретичне обґрунтування

Стан системи характеризують числом ступенів свободи (варіантністю).

Число ступенів свободи (С) – це число термодинамічних параметрів, що визначають стан системи, які можна довільно змінювати (незалежно один від одного) без зміни числа фаз у системі.

Число ступенів свободи рівноважної термодинамічної системи, на яку із зовнішніх факторів впливають лише температура і тиск, дорівнює числу компонентів (К) мінус число фаз (Ф) плюс два.

С = К – Ф + 2

Цифра 2 в формулі відбиває існування двох зовнішніх факторів (Т, р), що впливають на стан системи.

Властивості конденсованих систем практично не залежать від тиску. Тоді число зовнішніх параметрів зменшиться на одиницю:

С = К – Ф + 1

Приклад. Обчислити число ступенів свободи, якими володіє система, що складається з:

а) розчину KNO₃ та NaNO₃ в присутності кристалів обох солей і парів води.

Рішення. Оскільки між KNO₃, NaNO₃ та водою не відбувається хімічної взаємодії, то число компонентів дорівнює числу складових системи: KNO₃, NaNO₃, H₂O, тобто К = 3. Використаємо рівняння правила фаз. В рівновазі знаходяться чотири фази: рідина, пари води і дві тверді (KNO₃, NaNO₃). Значить:

С = 3 + 2 – 4 = 1

Система одноваріантна.

Порядок виконання роботи:

1. Викладач проводить експрес опитування студентів за темою практичної роботи з метою виявлення готовності студента до виконання роботи.

2. Видача індивідуальних завдань для практичної роботи.

3. Студенти самостійно працюють над розрахунками, складають звіти, роблять висновки з роботи.

4. Захист практичної роботи має бути в усній або письмовій формі, як спланує заняття викладач.

Контрольні питання:

1. Що називають фазою?

2. Що називають компонентом?

3. Що називають ступенем свободи?

4. За яких умов існує фазова рівновага?

Варіанти індивідуальних завдань до практичної роботи № 8

варіант 1

1. Обчислити число ступенів свободи, яким володіє система, що складається з:

   1. насичених розчинів CuSO₄ і Na₂SO₄.

   2. ненасичених розчинів CuSO₄ і Na₂SO₄.

   3. ненасичених розчинів і кристалів льоду.

2. Визначити число мір свободи на характерних ділянках кривої, охолоджування сплаву Bi – Cd, вміст Ві – 80%.

варіант 2

1. Визначити число ступенів свободи для системи, яка складається з:

1. розчину цукру і куховарської солі.

2. розчину цукру і куховарської солі, пари води, кристали льоду.

3. розчину цукру і куховарської солі, пари води.

2. Визначити масу кристалів для 0,7 кг сплаву Bi – Cd, вміст Ві – 80%, t = 180⁰С.

варіант 3

1. Визначити число ступенів свободи для системи, в якій можлива реакція:

СО₂ + С = 2СО, якщо

1. диоксид вуглецю знаходиться в газоподібному стані.

2. диоксид вуглецю знаходиться в твердому стані.

3. Визначити число ступенів свободи для системи CaCO_{3 (тв)} = СаО _(тв) – СО_{2 (газ)}.

1. Визначити число ступенів свободи за допомогою діаграми Sb – Pb в області В E N в точці Е.

варіант 4

1. Визначити число ступенів свободи для системи, в якій можлива реакція:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂O, якщо

1. система складається з рідкого розплаву заліза, пари води і твердих кристалів Fe₃O₄.

2. залізо і оксид заліза знаходиться в твердому стані, а вода в рідкому стані.

3. залізо і оксид заліза знаходиться в твердому стані, а вода у вигляді пари.

2. Визначити масу кристалів для 0,5 кг сплаву О – ксилолу і М – ксилолу, вміст 30% М – ксилолу, при t = -40⁰С.

варіант 5

1. Визначити число ступенів свободи для системи, в якій можлива реакція:

TiCl₄ + 2Mg = 2MgCl₂ + Ti, якщо

1. TiCl₄ і MgCl₂ – рідина, Mg і Ti знаходяться в твердому стані.

2. TiCl₄ в рідкому стані, Mg – пара, MgCl₂ – рідкому, Ti – в твердому.

3. TiCl₄ – пар, Mg – твердим, MgCl₂ – рідкому, Ti – в твердому.

1. Визначити число мір свободи за допомогою діаграми стану О – ксилолу і М – ксилолу в області АВД, в точці Д.

варіант 6

1. Обчислити число ступенів свободи, яким володіє система, що складається з:

1. насичених KCl і ненасичений KNO₃.

2. ненасичений KCl і KNO₃.

3. ненасичений розчини KCl і KNO₃, водяний пар.

2. Визначити масу кристалів для 2 кг сплаву О – ксилолу і М – ксилолу, вміст 30%, М – ксилолу, при t = -50⁰C.

варіант 7

1. Визначити число ступенів свободи:

   1. Cu _(тв) → Cu _(ж).

   2. розчин NaCl.

   3. вода + масло, пара води + льод.

2. Визначити масу кристалів для 2 кг сплавів Sb-Pb, вміст 30%-Pb, при t = 470 ⁰С.

варіант 8

1. Обчислити число ступенів свободи, якими володіє система, що складається з:

1. насиченого розчину куховарської солі, пари води, кристалів льоду.

2. ненасиченого розчину куховарської солі і кристалів льоду.

3. ненасичений розчин куховарської солі.

2. Визначити число мір свободи за допомогою діаграми стану Sb-Pb в області АЕК в точці Е.

варіант 9

1. Визначити число ступенів свободи, якими володіє система, що складається з:

   1. розчину Na₂SO₄, кристалів льоду і пари води.

   2. розчину Na₂SO₄, кристалів льоду, кристалів Na₂SO₄, NaH₂O і пари води.

   3. розчину Na₂SO₄ і пари води.

2. Визначити масу кристалів для 0,5 кг сплаву Ві – Cd, вміст Ві – 20%, при t = 300 ⁰С.

варіант 10

1. Визначити число ступенів свободи для наступних систем:

1. S_ромб. = S_{монокл.} = S_пар.

2. S_ж = S_пар.

3. S_ромб = S_монокл = S_ж.

2. Визначити число ступенів свободи за допомогою діаграми стану О – ксилолу і М – ксилолу в області BCN, в точці В.

варіант 11

1. Визначити число ступенів свободи для системи, що складається з:

   1. розчину KCl і NaCl.

   2. розчину KCl і NaCl, льоду, пари води.

   3. розчину солей, пари води.

2. Визначити масу кристалів для 1 кг сплаву О – ксилолу і М – ксилолу, вміст 40% М – ксилолу, при t = -50⁰С.

варіант 12

1. Визначити число ступенів свободи для системи, що складається з:

1. 2FeO = 2Fe + O₂.

2. CaCO₃ = CaO – CO₂.

3. Розчину KCl і NaCl у присутності льоду.

2. Визначити масу кристалів для 1 кг сплаву Ві – Cd, вміст 20% Cd, при t = 250⁰C.