8.5. Контрольная работа № 2 (6 семестр, разделы 7 - 11)

8.5.1. Темы рефератов

1. Адсорбционное уравнение Гиббса и его применение для расчета адсорбции компонентов бинарного раствора.

2. Адсорбция газа на твердой поверхности. Изобара адсорбции и изотерма Лэнгмюра.

3. Термодинамика зарождения новой фазы. Критический радиус зародыша.

4. Кинетика кристаллизации жидкости. Скорости образования центров и продвижения фронта кристаллизации.

5. Скорость химической реакции и ее зависимость от концентрации реагентов. Изменение концентрации реагирующих веществ со временем в реакциях первого, второго и третьего порядков. Методы определения порядка реакции.

6. Влияние температуры на скорость реакции. Теория активных соударений. Энергия активации и ее экспериментальное определение.

7. Кинетика гетерогенных реакций. Этапы и режимы процесса. Влияние различных факторов на скорость гетерогенной реакции.

8. Молекулярная диффузия. Первый закон Фика. Механизм диффузии и зависимость ее скорости от температуры.

9. Гомогенный и гетерогенный катализ.

10. Термодинамика гальванических элементов. Равновесный электродный потенциал и его зависимость от концентрации реагентов.

8.5.2. Задачи

1. Ниже приведены данные, полученные при определении поверхностного натяжения растворов уксусной кислоты в воде в зависимости от концентрации кислоты при 293 К:

С, г / л	0,00	0,01	0,1	0,2	0,4
, мДж / м2	72,8	70,0	65,0	62,5	60,0

Построить зависимость адсорбции уксусной кислоты от состава.

2. Ниже приведены данные, полученные при определении поверхностного натяжения растворов пропионовой кислоты в воде в зависимости от концентрации кислоты при 293 К:

С, г / л	0,00	0,100	0,238	0,952	2,000	3,806
, мДж / м2	72,8	65,0	60,0	46,0	38,0	34,0

Построить зависимость адсорбции пропионовой кислоты от состава.

3. Поверхностное натяжение жидкости равно 0,5 Дж / м². Угол смачивания твердой поверхности этой жидкостью составляет 145⁰. Во сколько раз отличаются величины работы адгезии фаз и когезии жидкости?

4. Во сколько раз изменится площадь поверхности одного моля воды, если ее разбить на сферические капли коллоидного размера (диаметр 10^-7 см)?

5. Через водную суспензию, состоящую из частиц кварца и графита, пропускается воздух. Какие частицы и почему будут выноситься с пеной? Угол смачивания  для кварца близок к 0, а для графита 60. Какова адгезия воды к этим частицам, если ее поверхностное натяжение 72,8 мДж / м²?

6. Ниже приведены данные, полученные при изучении адсорбции углекислого газа углем при 230 К. Определить постоянные уравнения Лэнгмюра.

РСО210-5, Па	0,043	0,052	0,083	0,202	2,432
Количество адсорбированного газа, мг / см2	85	105	125	159	190

7. Определить постоянные в уравнении Лэнгмюра и адсорбцию СО₂ на поверхности слюды при давлении газа 7 Па, если при Т = 155 К количество СО₂, адсорбированного на 1см² слюды составляет:

Давление СО2, Па	0,48	1,19	2,06	4,10	9,80
Количество адсорбированного газа, мг / см2	1,22	1,95	2,55	3,24	3,62

8. Твердая поверхность плохо смачивается некоторой жидкостью. Как изменится форма капли этой жидкости, если масса ее осталась практически неизменной и при это

– к жидкости добавили небольшое количество поверхностно активного вещества;

– часть жидкости заменили веществом с большей плотностью и таким же поверхностным натяжением;

– всю систему перенесли на Луну.

Ответы обосновать.

9. Поверхностное натяжение жидкости равно 250 мДж / м², а угол смачивания ею твердой поверхности составляет 160^о. Как изменятся работа когезии жидкости и ее работа адгезии к твердой поверхности после введения поверхностно активного вещества, если поверхностное натяжение уменьшилось в два раза, а угол смачивания стал равным 100^о?

10. По опытным данным о зависимости поверхностного натяжения бинарного раствора от мольной доли второго компонента построить график зависимости адсорбции этого компонента по Гуггенгейму от состава при комнатной температуре. Раствор считать идеальным.

x2	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,6	1,0
, мДж / м2	125	94	82	69	60	56	53	52

11. При образовании фосгена по реакции CO + Cl₂ = COCl₂, изменение концентрации реагирующих веществ со временем показано в таблице.

, мин	0	12	18	24	30	42
ССО = ССl2, моль / л	0,01873	0,01794	0,01764	0,01734	0,01704	0,01644

Найти константу скорости реакции и концентрацию фосгена через 2 часа после ее начала, если известно, что объем системы не изменяется.

12. При 583 К AsH₃ (газ) разлагается в реакционном сосуде с образованием твердого мышьяка и водорода 2AsH₃ = 2As_ТВ + 3H₂. Во время реакции давление изменяется следующим образом:

, мин		0	330	390	520
Р10-5, Па	0,9777		1,0742	1,0907	1,1132

Показать, что реакция разложения AsH₃ является реакцией первого порядка, и вычислить константу скорости.

13. Определить порядок реакции А_газ = В_газ + D_газ + С_газ по изменению давления в замкнутом реакционном сосуде:

, мин	0	6,5	15,0	19,9
Р10-3, Па	41,6	54,5	68,7	74,2

14. Определить порядок реакции 2СО = СО₂ + С, если при постоянной температуре давление СО в реакционном сосуде в одном опыте упало с 1,047910⁵ до 0,923910⁵ Па за 30 минут, а в другом – с 0,713710⁵ до 0,624110⁵ Па за такой же промежуток времени.

15. При изучении кинетики гомогенной реакции 2FeCl₃ + SnCl₂ = 2FeCl₂ + SnCl₄ получены следующие данные по изменению концентрации FeCl₃ со временем в условиях, когда концентрация SnCl₂ намного больше, чем FeCl₃.

, мин	0	2,5	3,0	6,0	11,0	17,5
СFeСl3, моль / л	0,025	0,0215	0,0211	0,0184	0,0155	0,013

Определить порядок реакции.

16. Было найдено, что в некоторой реакции при изменении начальной концентрации реагента с 0,502 до 1,007 моль /л период полураспада уменьшается с 51 до 26 секунд. Определить порядок и константу скорости реакции.

17. Определите порядок реакции на основании зависимости времени превращения на 25 % ( _25%) от начального давления газообразного вещества при постоянной температуре:

Ро10-4, Па	1,06	1,19	1,43	1,74
 25% , мин	14	13	12	11

18. Два вещества вступают друг с другом в химическое взаимодействие. Каков порядок реакции, если за периоды времени 5, 15 и 30 мин, прошедшие от начала реакции, содержание прореагировавших веществ соответственно составляло 19,8 ; 46,7 ; 77,0 %.

19. Реакция разложения закиси азота 2N₂O = 2N₂ + O₂ в газовой фазе протекает по второму порядку. Найти порядок реакции при катализе золотом с учетом следующих данных, полученных при 1173 К:

, мин	15	30	53	65	80	100
Степень разложения, %	16,5	32	50	57	65	73

20. Константа скорости некоторой реакции равна 3,4310^-5 с^-1. Определить, сколько процентов исходного вещества разложится за 25 мин и сколько времени потребуется для разложения 95 %.

21. Ниже показана зависимость константы скорости реакции разложения N₂O₅ от температуры:

Т, К	273	298	308	318	328	338
К, с-1	7,8710-7	3,4610-5	1,4610-4	4,9810-4	1,5010-3	4,8710-3

Найти энергию активации и константу скорости реакции при 323 К.

22. Константа скорости некоторой реакции равна 3,4310^-5 с^-1 при 298 К. Определить, сколько процентов исходного вещества разложится за 10 мин при температурах 323 и 343 К, если энергия активации составляет 40 кДж / моль. Сколько времени потребуется для разложения 95 % исходного вещества при 298 К?

23. Для некоторой реакции первого порядка период полураспада при 323 К составляет 70 минут, а при 353 К – 15 минут. Определить энергию активации Е, предэкспоненциальный множитель К₀ в уравнении Аррениуса и время, за которое при 343 К разложится 25 % вещества.

24. Для некоторой реакции первого порядка период полураспада при 378 К равен 363 мин. Энергия активации равна 217500 Дж / моль. Определить, сколько времени потребуется для разложения 75 % вещества при 450 К.

25. Какой должна быть энергия активации, чтобы скорость реакции увеличивалась в три раза при возрастании температуры на 10 К: а) при 300 К, б) при 700 К, в) при 1000 К?

26. Реакция 2СО = С + СО₂ имеет первый порядок. При температуре 823 К давление в реакционном сосуде за 40 мин убывает с 1,01310⁵ Па до 0,60010⁵ Па, а при 673 К за 60 мин с 0,67910⁵ Па до 0,53310⁵ Па. Определить энергию активации и период полураспада при 573 К.

27. Разложение некоторого вещества является реакцией первого порядка с энергией активации Е = 231000 Дж / моль. При 300 К разложение этого вещества проходит со скоростью 1,6 % в минуту. Вычислить температуру, при которой это вещество разлагается со скоростью 0,1 % в минуту.

28. Реакция С + О₂ = СО₂ протекает на внутренней поверхности угольного канала, через который пропускается воздух. Эффективная константа скорости изменяется с температурой так, как показано ниже:

Т, К	773	873	973	1073	1173	1273	1373
К*	0,073	0,447	2,15	6,81	13,72	19,49	23,4

Используя графические построения, определить, в каком интервале температур реакция протекает в кинетическом режиме, и найти ее энергию активации.

29. Реакция С + СО₂ = 2СО протекает при температуре 500^оС в кинетическом режиме, а при 1000^о С – в смешанном. Определить энергию активации реакции, если константа скорости реакции при t = 500^о С равна 0,073 1 / с, а эффективная константа скорости и константа скорости диффузии при 1000^о С равны, соответственно, 19,5 и 32,9 см / с.

30. Определить энергию активации и предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса для реакции разложения газа, если период полураспада меняется с температурой согласно таблице:

t, º C	529,5	538,5	550,5	560,0	569,0
1/2, c	66,5	44,3	29,6	19,3	14,6
Ро, Па	203	205	199	200	201

Реакция имеет второй порядок.

33