Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Методичка 2007г, Контрольная работа
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский технологический институт
(Технический университет)
Нараев В.Н. Физическая химия
Учебное пособие для студентов заочной формы обучения инженерных специальностей
Санкт-Петербург
2007
Стоимость выполнения контрольных работ 1, 2, 3 уточняйте при заказе
Стоимость выполнения контрольных работ 4, 5, 6 уточняйте при заказе
Готовы следующие варианты:
Вариант 01
Контрольная работа 1 Задание 1.1
Определите изобарный и изохорный тепловые эффекты реакции С2Н4 + Н2О(2) = С2Н5ОН(2) в стандартных условиях (Т=298 К, Р = 101325 Па) на основании справочных значений (КС) теплот образования:
а) с учетом агрегатного состояния всех веществ, участвующих в реакции;
б) полагая, что все участники реакции находятся в идеальном газообразном состоянии. Задание 1.2
Определите графически температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции С2Н4 + Н2О(2) = С2Н5ОН(2) при температуре 600 К и опишите характер изменения теплового эффекта реакции с ростом температуры. Задание 1.3
Используя справочные данные для температурной зависимости истинной теплоемкости участников реакции С2Н4 + Н2О(2) = С2Н5ОН(2)
а) составьте уравнение для температурной зависимости теплового эффекта реакции;
б) установите интервал температур, для которого оно справедливо; в) постройте график зависимости и;
г) рассчитайте изобарный и изохорный тепловые эффекты реакции при заданной температуре Т = 600 К. Задание 1.4
Определите абсолютную энтропию H2O(г) при заданных температуре Т2 >298 К (=1000К) и давлении Р2< 101320 Па (0,25 ∙105 Па) на основании справочных данных для стандартного значения энтропии и истинной изобарной теплоемкости. Изменение энтропии при нагревании вещества определить путем аналитического и графического интегрирования температурной зависимости теплоемкости. Задание 1.5
Определите изменение энтропии в результате протекания химической реакции С2Н4 + Н2О(2) = С2Н5ОН(2) в стандартных условиях и при температуре 600 К (все вещества, участвующие в реакции находятся в идеальном газообразном состоянии). Для выполнения задания воспользуйтесь уравнением , составленном при выполнении задания 1.3. Постройте график зависимости Задание 1.6
Для обратимой химической реакции определите:
а) изменение энергии Гиббса при стандартном давлении и температуре Т(T=600К);
б) константу равновесия реакции при заданной температуре Т;
в) изменение энергии Гиббса при температуре Т и парциальных (неравновесных) давлениях реагентов равных РВ, РС, РD, PE. На основании расчетов сделайте заключение о направленности протекания самопроизвольного процесса в заданных условиях.
Выразите в общем виде взаимосвязь между константой равновесия и химической переменной (глубиной превращения) реакции, полагая, что все участники реакции взяты в стехиометрических количествах и находятся в идеальном состоянии.
Проанализируйте, как повлияет на равновесный выход продукта D:
а) увеличение (в изотермических условиях) общего давления в системе;
б) разбавление реакционной смеси инертных газом в изобарно-изотермических условиях. Задание 1.7
Для химической реакции N2 + O2 - 2NO определить степень превращения вещества N2, O2 и определите состав равновесной газовой смеси (мол. %) при температуре 600 К и атмосферном давлении, если исходные вещества взяты в количествах nо = 2 моль.
Для расчета температурных зависимостей воспользуйтесь справочными значениями средних изобарных теплоемкостей участников реакции. Задание 1.8
Используя справочные данные для температурной зависимости истинной теплоемкости Cp = f(T) веществ, участвующих в химической реакции N2 + O2 - 2NO, составьте уравнение температурных зависимостей теплового эффекта, константы равновесия и убедитесь в их правильности. Задание 1.9
Определите парциальное давление вещества СO2 при давлении Р=10атм и стехиометрическом соотношении начальных веществ реакции Fe + CO2 - FeO + CO. Для расчетов воспользуйтесь значениями средней изобарной теплоемкости реагентов. (T=700К)
Контрольная работа 2 Задание 2.1
На основании справочных данных для температурной зависимости давления насыщенного пара над жидкостью (бензолом) определите:
а) коэффициенты А и В в уравнении Клайперона - Клаузиуса lnP = A-B/T;
б) теплоту испарения жидкости;
в) температуру кипения при атмосферном давлении Задание 2.2
Используя диаграммы «температура кипения – состав» при давлении 1атм, определите:
1) число фаз и состав фаз в системах составов Х1 и Х2 при температурах t1-t4.
2) Число степеней свободы в системах составов Х1 и Х2 при температурах t1-t4.
3) При какой температуре закипит жидкость состава Х1 и каков будет состав пара в равновесии с кипящей жидкостью?
4) Как будет изменяться состав жидкой и газообразной фазы по мере повышения температуры исходной жидкости?
5) Соотношение между количеством жидкой фазы и газообразной фазы и каково количество молей веществ в фазах при температуре tB для системы состава Х1, если исходная масса смеси равна 10 кг?
6) Какие вещества и в каком количестве можно получить при ректификации 10 кг жидкости состава Х1?
7) Каким будет состав первых капель жидкости при конденсации пара состава Х1?
8) Парциальные давления компонентов в смеси состава Х1 при температуре кипения, если раствор считать идеальным.
9) Подчиняется ли система состава Х1 при температуре кипения закону Рауля и объясните причины отклонения от идеального раствора. Задание 2.3
На основании диаграммы состояния «температура плавления – состав» для двухкомпонентной системы веществ TlNO3 и TlNO2.
1. Определите тип диаграммы плавкости
2. Объясните значение всех линий полей диаграммы
3. Определите число компонентов, число фаз и состав фаз. Рассчитайте число степеней свободы для системы в состояниях, которым соответствуют фигуративные точки, отмеченные арабскими цифрами.
4. Постройте кривые охлаждения для расплавов, состав и температура которых на диаграмме соответствуют точкам, указанным римскими цифрами (I,II,III) Рассчитайте число степеней свободы на каждом участкекривой охлаждения. Укажите, как будет меняться состав жидкой фазы в процессе кристаллизации.
5. Определите, при какой температуре начинается плавление сплава, состав которого на диаграмме задается точкой 8.
6. Рассчитайте массовое количество фаз в состоянии, которому соответствует фигуративная точка 2, если известно, что суммарная масса равновесной системы составляет 12 кг.
7. Для систем, образующих химические соединения, определите формулы соединений.
Контрольная работа 3 Задание 3.1
Определите ионную силу водного раствора электролита NaCl, если:
А) моляльная концентрация электролита NaCl в растворе равна 0.010 моль/кг
Б) моляльная концентрация электролита NaCl в растворе равна 0.010 моль/кг и в растворе присутствует электролит Ca(NO3)2 с концентрацией 0.025 моль/кг
В) запишите уравнение предельного закона Дебая и Хюккеля и на основании справочных данных о средних ионных коэффициентах активности вычертите график зависимости от m=0 до m= 3,0. На график нанесите зависимость по предельному закону Дебая и Хюккеля. Сделайте заключение.
Г) по предельному закону Дебая – Хюккеля вычислите средний ионный коэффициент активности при 298 К для раствора электролита NaCl с концентрацией 0.010 моль/кг и раствора NaCl с концентрацией 0.010 моль/кг в котором присутствует электролит Ca(NO3)2 с концентрацией 0.025 моль/кг.
Д) Определите средние ионные моляльность и активность при 298 К раствора электролита NaCl с концентрацией 0.010 моль/кг и раствора NaCl с концентрацией 0.010 моль/кг в котором присутствует электролит Ca(NO3)2 с концентрацией 0.025 моль/кг. Задание 3.2
1) Что называется удельной, эквивалентной и молярной электрической проводимость?
2) Как зависит удельная (эквивалентная, молярная) электрическая проводимость сильного и слабого электролитов от концентрации в широком диапазоне концентраций? Представьте графически эти зависимости. Задание 3.3
Для гальванического элемента
Zn|ZnSO4(m1 = 0.05)||KCl(m2 = 0.5)|AgCl(kp.)|Ag
А) Напишите уравнения потенциалопределяющих реакций и уравнение Нернста для расчета равновесных потенциалов левого и правого электродов.
Б) Определите средне-ионные активности электролитов в левом правом электродах и рассчитайте равновесные значения потенциалов этих электродов, при заданных концентрациях.
В) напишите электродные реакции, протекающие на левом и правом электродах гальванического элемента, полагая, что в электродной реакции участвует один электрон.
Г) найдите ЭДС гальванического элемента при стандартной температуре и вычислите константу равновесия реакции, протекающей самопроизвольно в гальваническом элементе, при температуре 298 К. В реакции участвует только один электрон. Задание 3.4
Составьте гальванический элемент, в котором протекает самопроизвольно химическая реакция А: Pb + 2Agl = Pbl2 + 2Ag
Напишите уравнение, связывающее стандартное изменение энергии Гиббса в ходе химической реакции, протекающей в гальваническом элементе, со стандартным значением ЭДС гальванического элемента при температуре Т=318К.
Определите:
1.стандартное значение ЭДС гальванического элемента, в котором протекает реакция А, при температуре 298 К на основании значений стандартных электродных потенциалов.
2. Стандартное значение ЭДС при температуре Т=318К на основании значения при 298 К и величины , приняв, что в указанном интервале температур зависимость линейна.
3. Изменение энтальпии, энтропии, энергии Гиббса и константу равновесия Ка для реакции А, протекающей в гальваническом элементе.
Контрольная работа 4 Задание 4.2.1
В реакторе при постоянном объеме V=1 м3 и температуре T протекает газофазная реакция A. В таблице для этой реакции приведены результаты измерений общего давления реакционной смеси P в зависимости от времени ее протекания t. На основании данных таблицы исследуйте кинетику реакции A и определите кинетические параметры: порядок реакции, константу скорости, период полупревращения. Задание 4.2.2
В таблице приведены значения констант скоростей k1 и k2 для реакции А при температурах Т1 и Т2, соответственно. Используя величины k1 и k2, а также значение константы скорости k, полученное при выполнении предыдущего задания для температуры Т, постройте график в координатах lg k=f(1/T) и определите:
а) коэффициенты A и В в интегральной форме уравнения Аррениуса вида lgk = А — В/Т и составьте это уравнение с численными значениями А и В для химической реакции А;
б) графически и аналитически энергию активации (Еакт, кДж/моль) химической реакции А;
в) величину предэкспоненциалыюго множителя в экспоненциальной форме уравнения температурной зависимости скорости (уравнение Аррениуса) и составьте это уравнение с численными значениями параметров для химической реакции А;
г) температурный коэффициент скорости химической реакции А для интервала температур от Т1 и Т2;
д) константу скорости k3, реакции A при температуре Т3;
е) как изменится скорость химической реакции А, если температуру T1 изменить на ΔT.
Контрольная работа 5 Задание 5.1
B таблице 1 для t = 20°С приведены следующие значения:
1) показатель преломления nD и плотность ρ раствора вещества А в веществе В с массовой долей растворенного вещества равной ω(А),
2) поляризация бесконечно разбавленного раствора вещества А в неполярном растворителе.
На основании данных таблицы, привлекая в необходимых случаях информацию из справочников, определите:
а) удельную рефракцию раствора rА,B (м3/кг и см3/г);
б) удельную рефракцию чистого вещества В rB (м3/кг и см3/г), используя справочные данные о его показателе преломления и плотности [КС];
в) удельную рефракцию вещества А rА (м3/кг и см3/г) на основании правила аддитивности, исходя из количественного состава раствора , значений удельной рефракции раствора rА,B и чистого вещества В rB;
г) молярную рефракцию вещества А (м3/моль и см3/моль), пользуясь значениями его молярной массы и удельной рефракции;
д) молярную рефракцию вещества А (м3/моль и см3/моль) по правилу аддитивности, исходя из предположений о возможном существовании у молекулы вещества А изомеров на основании справочных значений атомных рефракций и инкрементов рефракций связей [КС], а затем подтвердите или опровергните структуру молекулы вещества А;
ё) момент электрического диполя вещества А (Кл м и Д) и сопоставьте его со справочными данными Задание 5.2
I. Запишите электронные конфигурации: 1) атомов С и N; 2) молекулы С-N (за основу примите энергетические уровни - молекулярные орбитали гомоядерных молекул).
П. Нарисуйте схематически энергетическую диаграмму молекулы С-N и распределите электроны па энергетических уровнях.
III. Определите: 1) терм основного электронного состояния молекулы С-N; 2) порядок связи в молекуле С-N.
IV. Установите, обладает ли: 1) вещество СN диамагнитными или парамагнитными свойствами; 2) молекула С-N электрическим диполем.
V. Как изменится: 1) энергия связи, если молекулу СN перевести в состояние иона СN+ ; 2) равновесное междуядерное расстояние, если молекулу СN перевести в состояние иона СN+; 3) энергия связи, если молекулу СN перевести в состояние иона СN-; 4) равновесное междуядерное расстояние, если молекулу СN перевести в состояние иона СN-.
Контрольная работа 6 Задание 6.1
Выведите уравнения для:
1) расчета изменения энергии вращения двухатомной молекулы как жесткого ротатора при переходе ее па соседний, более высокий квантовый уровень энергии вращательного движения;
2) зависимости волнового числа вращательных линий в спектре поглощения двухатомной молекул от вращательного квантового числа;
3) расчета разности волновых чисел соседних линий во вращательном спектре поглощения двухатомной молекулы;
4) для вычисления равновесного междуядерного расстояния на основании значения разности волновых чисел соседних линий во вращательном спектр поглощения. Задание 6.2
Напишите квантово-механическое уравнение энергии колебательного движения молекулы как гармонического и ангармонического осциллятора. Выведите уравнение для расчета максимального колебательного квантового числа.