5. Задачі

Вирішення запропонованих задач сприяє закріпленню навчального матеріалу, а також отриманню практичних навичок. Представлені задачі вирішуються під керівництвом викладача або надаються у вигляді домашнього завдання для самостійного вирішення або контрольної роботи після вивчення відповідної теми.

5.1. Задачі за темою «Хімічна термодинаміка в процесах природокористування»

Задача 1. Газ під тиском 30 кПа займає об’єм 50 м³. Який об’єм він займає під тиском 1000 кПа.

Задача 2. Є 10 м³ газу під тиском 200 кПа та при температурі 27⁰С. Обчислити об’єм газу при нормальних умовах і під тиском 500 кПа та температурі 127⁰С.

Задача 3. Під тиском 105 кПа і при температурі 40⁰С вологий газ займає об’єм 10 м³. Обчислити об’єм газу вологого і сухого при нормальних умовах. Тиск насиченої водяної пари при температурі 40⁰С дорівнює 7,3^.10³ Па.

Задача 4. Визначити щільність оксиду вуглецю при температурі 28⁰С та тиску 0,01 МПа, якщо відомо, що під тиском 0,1 МПа і температурі 15⁰С щільність СО становить 1,169 кг/м³.

Задача 5. Продуктивність компресора при нормальних умовах 1500 м³/год. Визначити об’єм повітря на виході з компресора, якщо тиск повітря на вході 5 МПа, а температура 370 К.

Задача 6. Скільки вміститься азоту у реакторі об’ємом 50 м³ під тиском 500 кПа і температурі 127⁰С.

Задача 7. Який об’єм займуть 560 г азоту під тиском 10 кПа і температурі -430С.

Задача 8. Знайти щільність повітря при температурі 315⁰С і тиску 0,45 МПа, якщо щільність повітря при 0⁰С и нормальному тиску становить 1,293 кг/м³.

Задача 9. 400 м³ двоокису вуглецю перебуває під тиском 0,294 МПа і при температурі 268 К. Визначити об’єм газу якщо щільність СО₂ становить 1,19 кг/м³.

Задача 10. З газогенератора надходить 1400 м³/год водню при температурі 320 К і тиску 0,109 МПа. Визначити скільки із цієї кількості водню можна одержати аміаку якщо 70% водню вступає в хімічну реакцію.

Задача 11. Розрахувати щільність повітря і наведену масу, якщо його склад за об’ємом наступний: кисень – 21%, азот – 78%, аргон – 1%. При цьому щільності компонентів суміші наступні: кисень 1,429 кг/м³, азот – 1,251 кг/м³, аргон – 1,781 кг/м³.

Задача 12. Масовий склад вихлопних газів забруднюючих атмосферу містить наступні компоненти: водень – 4%, двоокис вуглецю – 15%, оксид вуглецю – 1%, кисень – 6%, азот – 74%. Тиск суміші становить 0,15 МПа, температура – 27⁰С. Визначити молярну масу суміші, її щільність і питомий об’єм.

Задача 13. Газова суміш складу: оксид вуглецю – 30%, азот – 60%, водень – 10% перебуває під тиском 37,5^.10³ мм ртутного стовпа. Знайти парціальні тиски кожної складеної частини суміші.

Задача 14. Азотно-воднева суміш для синтезу аміаку має об'ємний склад: водень – 75% і азот – 25%. Перерахувати склад до кмоль/м³ при температурі 27⁰С і тиску 24 МПа.

Задача 15. Суміш складається з водню (0,8064 кг), кисню (9,6 кг) і азоту. Суміш займає об’єм 15 м³ під тиском 1,487^.10⁵ Па і при температурі 298,2 К. Визначити парціальні тиски кожного компонента і масу азоту в суміші.

Задача 16. У реакторі об’ємом 2000 м³ змішано: 1 кг азоту, 2 кг кисню і 3 кг водню. Обчислити парціальні тиски, об’єм складових суміші і загальний тиск суміші при температурі 17⁰С.

Задача 17. Визначити вміст води в 20 літрах повітря при відносній вологості 73,5% і температурі 27⁰С. Якщо парціальний тиск насиченого водяного пару становить 35,6^.10² Па.

Задача 18. Підрахувати тиск 64 кг двоокису сірки при температурі 100⁰С, який перебуває в реакторі об’ємом 10 л. Зрівняти, як відрізняється тиск ідеального і реального газу.

Задача 19. У балоні перебуває 12 кг кисню під тиском 12 МПа, коли частина газу була взята для роботи, тиск у балоні знизився до 3МПа. Яку кількість кисню взяли з балона. Температура не змінювалася.

Задача 20. У реакторі ємністю 2000 м³ перебуває вологий азот під тиском 125 кПа і при температурі 22⁰С. Привести об’єм азоту до нормальних умов і обчислити масу азоту. Тиск насиченої водяної пари становить 2,64 кПа.

Задача 21. Визначити щільність газу під тиском 0,25 МПа і при температурі 427⁰С. Якщо його склад: водень – 50%, оксид вуглецю – 38%, азот – 6%, кисень – 0,2%, двоокис вуглецю – 5%, метан – 0,8%.

Задача 22. У сховищі є 2500 м³ водню під тиском 101,6 кПа і при температурі 27⁰С. Скільки балонів ємністю 25 дм³ можна наповнити цим воднем, якщо балони наповнюються під тиском 14 МПа і при температурі 27⁰С.

Задача 23. Повітря нагрівається в закритому просторі і його тиск піднімається до 110 кПа. Початкова температура повітря становить 15⁰С, а тиск 100 кПа. Визначити на скільки нагріється повітря.

Задача 24. У ємності об’ємом 600 м³ перебуває 10600 кг метану при температурі 30⁰С. Визначити тиск газу, якщо а = 0,228 Дж^.м³/моль, в = 4,28^.10^-5 м³/моль.

Задача 25. Газоподібний хлор вступає в реакцію при температурі 200⁰С і тиску 20 МПа. Визначити концентрацію та щільність газу, якщо критична температура становить 417,2 К, а критичний тиск – 7,71 МПа.

Задача 26. Визначити об’єм 1 моля хлору при температурі 473,3 К і тиску 2,067^.10⁸ Па, якщо критична температура становить 417,2 К, а критичний тиск – 7,71 МПа.

Задача 27. 1 м³ азоту при температурі 333 К и тиску 3 МПа стискається під тиском 6 МПа, а потім охолоджується до температури 223 К. Визначити кінцевий об’єм газу, якщо фактори стискання газу відповідно рівні 1 і 0,93.

Задача 28. 22,2 літра аміаку при температурі 293 К і тиску 111,2^.10³ Па стискається до 2,2 літра. Визначити кінцевий тиск газів знаючи, що після стискання температура газу підвищиться до 330 К. При цьому а = 0,409^.10⁶ Па^.м³/кмоль², в = 0,0373 м³/ кмоль.

Задача 29. Визначити фугитивність метану (СН₄) при температурі 273 К і тиску 19,5 МПа, якщо відомо, що критична температура становить 190,6 К, а критичний тиск – 4,43 МПа.

Задача 30. Тиск насиченої водяної пари при температурі 428,2 К становить 54,3^.10⁴ Па, питомий об’єм пари – 0,3464 м³/кг. Визначити фугитивність.

Задача 31. Тиск насиченої водяної пари при температурі 155⁰С становить 5,54 атм, питомий об’єм пари – 0,3464 м³/кг. Визначити фугитивність.

Задача 32. Встановити псевдокритичні температуру і тиск газової суміші, яка містить: водень – 50% об., оксид вуглецю – 40% об., двоокис вуглецю – 10% об., якщо критичні температури для компонентів газової суміші відповідно рівні: 133,3; 134,5; 304,3 К, а критичні тиски – 1,3; 3,5; 7,3 МПа.

Задача 33. Визначити роботу ізобарного оборотного процесу розширення 3 молів ідеального газу при його нагріванні від 298 К до 400 К.

Задача 34. Визначити роботу випарювання 5 молів метанолу при температурі кипіння (337,7 К), якщо при цьому відбувається процес зміни об’єму в 1,3 рази.

Задача 35. Визначити роботу ізотермічного розширення 3 молів водяної пари від 0,5^.10⁵ до 0,2^.10⁵ Па при температурі 330 К. Водяна пара при цих даних підкоряється закону для ідеальних газів.

Задача 36. Потрібно підвищити тиск 2 м³ кисню з 50 кН/м² до 100 кН/м² при постійній температурі, яка становить 100⁰С, визначте роботу стискання цього газу.

Задача 37. Ізотермічно стискають 1000 м³ азоту від 100 кПа до 500 кПа при температурі 127⁰С. Розрахувати об’єм азоту після спалювання і роботу витрачену на стискання.

Задача 38. Визначити кількість тепла, яку несуть із собою 200м³ газу (приведеного до н.у.), що містить 25% азоту і 75% водню, при 400⁰С, якщо середні об'ємні теплоємності при цій температурі складають: , а .

Задача 39. Скільки буде потрібно тепла для нагрівання 200 м³ газу від 20⁰С до 440⁰С? Якщо середня теплоємність компонента становить 9,31 кДж/м³.

Задача 40. Скільки буде потрібно тепла для нагрівання 1000 м³ газу від 285 К до 450 К? Якщо середня теплоємність компонента становить 6,71 кДж/м³.