166045 (Химическая термодинамика)
Описание файла
Документ из архива "Химическая термодинамика", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "166045"
Текст из документа "166045"
Федеральное агентство по образованию
Пензенский государственный педагогический университет им. В.Г. Белинского
КУРСОВАЯ РАБОТА
Химическая термодинамика
Выполнила студентка группы Х-41(2):
Кямякова Галия Ибрагимовна
Пенза 2008 г.
Содержание
Введение
Глава 1. Первый закон термодинамики
1.1 Вопросы и задания
1.2 Примеры
1.3 Задачи
Глава 2. Приложение первого закона термодинамики к химии. Термохимия
2.1 Вопросы и задания
2.2 Примеры
2.3 Задачи
Глава 3. Второй закон термодинамики. Энтропия
3.1 Вопросы и задания
3.2 Примеры
3.3 Задачи
Глава 4. Термодинамические потенциалы
4.1 Примеры
4.2 Задачи
Литература
Введение
Физическая химия – наука, которая изучает общие закономерности физических процессов и является теоретической основой всей химической науки и технологии химических производств. Наиболее важным и в то же время одним из самых сложных разделов физической химии является химическая термодинамика. В данной курсовой работе приведен перечень вопросов и задач по химической термодинамике. Эти задачи носят комплексный характер и позволяют ученикам подготовиться к химическим олимпиадам. Целью настоящей работы явился подбор заданий по химической термодинамике, адаптация их к требованиям химических олимпиад для школьников, а так же разработка методики их решения с учетом межпредметных связей с математикой и физикой.
Решение задач дает возможность применить теоретические знания на практике, расширить, углубить и систематизировать их, стимулируют мыслительную деятельность учеников, развивают последовательность в действиях, логику.
Глава 1. Первый закон термодинамики
-
Вопросы и упражнения
-
Что такое термодинамика и какие явления она изучает?
-
Приведите несколько формулировок первого закона термодинамики и покажите, что они не противоречат друг другу. Почему первый закон термодинамики называют первым началом?
-
Что такое система? Какие ее виды различают?
-
Дайте определение и приведите примеры термодинамических процессов: изотермического, изобарического, изохорического и адиабатического.
-
Что такое внутренняя энергия системы и из чего она слагается?
-
Дайте определение идеального газа. Что собой представляет внутренняя энергия идеального газа?
-
Почему термодинамика рассматривает не абсолютное значение внутренней энергии, а только ее изменение?
-
Что такое энтальпия и какова ее связь с внутренней энергией? Почему для конденсированных систем разница между энтальпией и внутренней энергией мала, а для систем газообразных значительна?
-
Перечислите способы передачи энергии от одной системы к другой.
-
Что такое теплота и работа?
-
Дайте определение теплоемкости удельной, атомной, молярной (мольной)? Какая связь существует между мольными теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме?
-
Работа определяется двумя величинами: фактором интенсивности и фактором емкости (экстенсивности). Что будут представлять собой эти факторы при совершении механической работы, электрической и работы по расширению газов?
-
Что такое максимальная работа расширения идеального газа? Почему газ, расширяясь в вакууме, работы не совершает?
-
Напишите уравнения, выражающие максимальную работу расширения идеального газа при изотермическом, изобарическом, изохорическом и адиабатическом процессах.
-
Дайте определение обратимым и необратимым термодинамическим процессам. Приведите примеры. Можно ли реальные природные процессы считать полностью обратимыми?
1.2 Примеры
Пример 1-1
Газ расширяясь от 10 до 16 л при постоянном давлении 101,3103 н/м2, поглощает 126 Дж теплоты. Определите изменение внутренней энергии газа.
Решение:
p1 = p2 = 101,3103 Па, V1 = 10 л = 1*10-2 м3 ,
V2 =16 л = 1610-3 м3,
Qp = 126 Дж.
Согласно первому закону термодинамики
U = Qp – W.
Работа, совершенная газом при изобарическом расширении, может быть вычислена по уравнению
W= p (V2–V1);
Отсюда
U = Qp - p (V2–V1);
U = 126 - 101,3103 (1* 10-2 – 1610-3) = 481,8Дж
Ответ: 481,8Дж
Пример 1-2
Рассчитайте работу изотермического (27С) расширения 1 моль углекислого газа от 2,24 до 22,4 л.
Решение:
n = 1 моль, V1 = 2,24л = 2,2410-3 м3 , V2 = 22,410-3 м3 ,
Т = 27С = 300 K.
Работа изотермического расширения системы может быть вычислена по уравнению:
W = nRT 2,3 lg(V2 /V1);
W = 18,3143002,3 lg (22,410-3 / 2,2410-3) = 5736,66 Дж
Ответ: 5736,66 Дж
Пример 1-3
При 273 К и 1,0133105 Па нагревают 510-3 м3 криптона до873 К при постоянном объеме. Определите конечное давление газа и теплоту, затраченную на нагревание.
Решение:
V = 510-3 м3, T1 = 273 К, Т2 = 873 К, р1 = 1,0133105 Па.
Теплоту, затраченную на нагревание можно найти по формуле:
Qv = nCv(T2 – T1).
Количество криптона вычисляется из уравнения состояния идеального газа:
pV = nRT; n = p1V/RT1;
n = 1,0133105 510-3 /8,314273 = 0,223 моль.
Для одноатомных газов Сv = 3/2R ;
Qv = 0,2233/28,314(873 – 273) = 1668,620 Дж
Конечное давление при постоянном объеме и известной температуре можно найти по закону Шарля:
p1/T1 = p2/T2;
p2 = p1T2/ T1;
p2 = 1,0133105873/273 = 3,2403105 Па
Ответ: Qv = 1668,620 Дж, p2= 3,2403105 Па
Пример 1-4
Один моль одноатомного газа, взятого при 25С и давлении 1,013105 Па, адиабатически расширился до 0,05 м3. Каковы будут конечные давление и температура?
Решение:
T1 = 25С = 298 K, P1 = 1,013105 Па, V2 = 0,05 м3.
Исходный объем газа (n = 1):
V1 = nRT1/р1 = 18,314298/1,013105 = 2,44510-2 м3.
Конечные давление и температуру можно найти из уравнения адиабаты ( = Ср/Сv для одноатомных газов близко к 5/3):
р1V15/3 = р2V25/3,
р2 = р1(V1/ V2 )5/3, р2 = 1,013105(2,44510-2/5,00010-2)5/3 Па = 0,3105 Па
Т1V1-1 = Т2V2-1, Т2 = Т1 (V1/ V2)-1,
Т2 = 298(2,44510-2/5,00010-2)5/3 – 1К = 183 К
Ответ: р2 =0,3105 Па, Т2 = 183 К.
1.3 Задачи
-
Путем нагревания при постоянном давлении в 1,013105 Па газу сообщено 2093, 4 Дж теплоты. Определите работу, совершенную газом, и изменение внутренней энергии данного газа, если он при этом расширился от 1 до 2 л.
-
Один моль дифторметана (идеальный газ), взятый при 0С и 1 атм, нагрет при постоянном давлении до утроения объема. Рассчитайте изменение энтальпии и внутренней энергии в этом процессе, если зависимость теплоемкость дифторметана от температуры имеет вид:
Ср = 20,26 + 7,5910-2Т(Дж моль-1К-1)
(∆H = 33,7 кДж; ∆U = 29,1 кДж)
-
Определите изменение внутренней энергии при изобарическом (1,013105 н/м2) испарении 100 г воды при 150С, если объемом жидкой воды пренебречь. Теплота испарения воды при 150С равна 2112,66 Дж/г.
-
Азот (5 моль) при 100С занимал объем 0,025 м3. При нагревании газа до 200С было затрачено 14650 Дж. Определите Ср и конечный объем, если давление газа при этом не изменилось.
-
Определите работу, совершаемую азотом при изотермическом (20С) расширении его от 0, 015 до 0,1 м3, если начальное давление составляло 3,039105 Па. Каково будет конечное давление?
(W = 657 Дж, р2 = 45600 н/м2)
-
При 298 К одноатомный газ в идеальном состоянии изотермически и обратимо расширяется от 1,5103м3 до 10103 м3, при этом поглощается 966103 Дж теплоты. Рассчитайте число молей газа, участвующего в процессе.(205,51)
-
Один моль идеального газа, взятого при 25С и 100 атм, расширяется обратимо и изотермически до 5 атм. Рассчитайте работу, поглощенную теплоту, изменение внутренней энергии и энтальпии в этом процессе.
-
Сколько нужно затратить теплоты, чтобы изохорически нагреть 25 г кислорода от 0 до 50С? (811,85 Дж)
-
Какое количество теплоты необходимо для изохорического нагревания 50 г углекислого газа в интервале температур от 300 до 400С, если Cv = 40,2 Дж/моль? (4,56 кДж)
-
В резервуаре вместимостью 510-2 м3 при 200 К и 0,5105 Па содержится азот. Определите теплоту, которую необходимо передать газу, чтобы его давление стало равным 2105 Па. Считать азот в указанных условиях идеальным газом. (18,7498 кДж)
-
Один моль ксенона, находящийся при 25С и 2 атм, расширяется адиабатически: а) обратно до 1 атм, б) против давления 1 атм. Какой будет конечная температура в каждом случае? ( а)225 К, б)238 К)
-
Определите работу адиабатического обратимого расширения 3 моль аргона от 0,05 до 0,50 м3. Начальная температура газа 298 К. (8,745105Дж)
-
При 298 К 110-2 кг кислорода сжимается адиабатически от 810-3 до 510-3 м3. Определите конечную температуру, работу процесса сжатия, изменение внутренней энергии и изменение энтальпии, если Сv = 5/2R. (359, 637 К; -400,37 Дж; 400,34 Дж; 1,335 кДж)
-
Один моль фтороуглерода расширяется обратимо и адиабатически вдвое по объему, при этом температура падает от 298,15 до 248,44К. Чему равно значение СV?(31,6 Дж*моль-1*К-1)
Глава 2. Приложение первого закона термодинамики к химии. Термохимия
2.1 Вопросы и задания
-
Что называется тепловым эффектом химической реакции?
-
Сформулируйте закон Гесса и следствия, вытекающие из него. Каково значение данного закона?
-
Объясните, почему закон Гесса есть частный случай первого закона термодинамики?
-
Применяя математическое выражение первого закона термодинамики, покажите, что тепловой эффект при постоянном давлении есть изменение энтальпии, а тепловой эффект при постоянном объеме – изменение внутренней энергии химической реакции.
-
Какие химические реакции называются экзотермическими и эндотермическими? Приведите примеры.
-
Почему для конденсированных систем разница между изменением энтропии и изменением внутренней энергии мала, а для газообразных значительна? Напишите уравнение, выражающее связь между тепловым эффектом при постоянном давлении и тепловым эффектом при постоянном объеме.
-
Дайте определение понятиям: «теплота образования», «теплота разложения», «теплота растворения», «теплота сгорания», «теплота нейтрализации».
-
Почему при определении теплот растворения на 1 моль различных растворенных веществ берется различное количество молей растворителя?
-
Сформулируйте закономерности, установленные для теплот образования химических соединений.
-
Чем объяснить постоянство теплот нейтрализации сильной кислоты сильным основанием?
-
Одинаковый ли тепловой эффект будет при: а)нейтрализации серной кислоты едким натром, б) нейтрализации серной кислоты раствором аммиака? Дайте объяснение.
-
Будет ли наблюдаться выделение или поглощение теплоты при сливании разбавленных растворов: а) хлорида калия и бромида натрия, б) хлорида калия и нитрата серебра, в) сульфата натрия и нитрата свинца, г) хлорида кальция и нитрата натрия?
-
Как зависит тепловой эффект химической реакции от температуры? Напишите математическое выражение закона Кирхгофа. В каких случаях тепловой эффект химической реакции не зависит от температуры? Почему?
2.2 Примеры
Пример 2-1
Количество теплоты, выделенной при горении в стандартных условиях 2 г водорода в кислороде с образованием жидкой воды, равно 286 кДж. Чему равен тепловой эффект реакции при постоянном объеме?
Решение:
Находим количество водорода: n = m/М, n = 2/2 моль = 1 моль