Л. Лабовиц, Дж. Аренс - Задачи по физической химии с решениями (1134453), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Примите, что газы являются идеальнымн. При 600'К для реакции 2Нп(г)+ 02(г) 2НКО (тв) ЬН' = — 71,5 ккал и Ь8' = — 91,9 кал 'К ' моль '. Теплоемкости (кал.'К-' моль-') при постоянном давлении равны: 02 (г) 6,3 ! + 0,0023 Т НпО(тв) 6,24+ 0„016 Т Примите, что газы идеальные. а) Определите Ср для Нд (г). 6) Определите константу равновесия Кр для реакции при 600' К. в) Закрытый сосуд определенного объема при 600' К содержит 02 под давлением ! атм. Образец НКО (тв) вводится в сосуд без заметного изменения объема газов. При равновесии присутствует некоторое количество НКО (тв).
Определите давление паров Нд (г) при равновесии. г) Давление паров Нд (ж) при 600'К равно 400 мм рт. ст. Найдите константу равновесия К' для реакции 2НК(ж)+ + 02 (г)ма 2НКО (тв) прн 600'К. д) Рассчитайте Кр для реакции 2Нд(г)+ 02 (г) 2НдО (тв) при 300'К. ЬН'(ккал моль ') при 27'С для реакций: 8(тв)+ 02(г)- 802(г) — 70,96 Те(тв)+ О,(г)-ьТеО,(тв) — 77,69 2 Н28 (г) + 3 О, (г) — 2 Н20 (ж) + 2 802 (г) — 266,92 Приняв, что все газы являются идеальными, рассчи- тайте с помощью приведенных выше данных; Глава !«7Н У !11-2-32.
Ч 1 П-2-29 У!И-2-33. Н! (г) НК«!т (тв) +0,31 -26,60 аб! при 25 С, ккал ° моль ос71 при 25 С, икал ° моль 45,68 46,76 о3,60 О 21,48 8,68 О, (г) ХО (г) МО« (г) — 28,91 У! П-2-30. -(о -н„)/т, «ал 'К ' моль РАЗДЕЛ 9111-3 Ч П1-3-1. )ЧаОН Н40 (тв) )ЧаОН (тв] Н О (г) ! 1,281 6,995 37,17 О Иоо- Н098 и ккал моль 3000 кал. К .моль 1 ! -40,4 0 -37,6 СирО Оа СиΠ— 31,48 — 52,78 — 16,09 (где К =)э) а) АН' при 27'С для реакции 2Н05 + ТеОр (тв) - Те (тв) + 25 (тв) + 2Н00 (ж); б) ЛН" и А6' при 77'С для этой реакции; в) равно- весное давление Н05 при 77о С в смеси с жидкой во- дой и твердыми Б, Те, Те00.
а) Найдите константу равновесия Кр для реакции ХО (г)+ — От (г) --)«00 (г) при 500' К, используя дан- ные, приведенные в таблице. б) Без каких-либо дру- гих данных, кроме тех, которые были использованы в пункте (а), определите температуру, при которой для этой реакции К„= 1, Примечание. Учтите величины, которые остаются при- мерно постоянными при изменении температуры и, следовательно, заранее приближенно известнымн, даже если ожидаемая температура неизвестна. г — (Π— По))Г прн 000 К.
Йо (ьптальпнн образо«анна кал. К ~ моль прп 0' К), ккал моль На основе следующих данных [51] рассчитайте АН0 при 298,15' К для реакции ХаОН ° Н00 (тв) 1= ХаОН (тв)+Н00 (г). Давление пара воды над моногидратом равно 0,15 мм рт. ст. Ч П1-2-31. Исходя из следующих данных: Свободная энергии и химическое равновесие рассчитайте Кр при 1000' К для реакции 2 СцО (тв) -ь -ь ч — СцсО(тв)+- 0,(г).
Оцените температуру, при ко- 1 торой давление 00 при равновесии с СцО и СптО будет равно 1О-' атм. Давление паров водно-этанольпых растворов при 20' С следующее: Спирт, вес. «А 0 20 50 80 100 Рн„о, мм рт. ст, 17,5 15,9 14,5 11,3 0 Рс и он мм рт. ст. 0 12,6 23,5 31,2 43,6 Для реакции СтН4 (г) + Н00 (ж) жм СОНООН (ж) К=10 при 25'С.
Найдите давление СОН! при 25'С при равновесии с раствором, содержащим равные весовые количества Н00 и СОНООН. Примите, а) что раствор идеальный, б) используйте подходящие данные из условия задачи. Примите, что теплоемкости веществ постоянны в интервале 25 — ! 25' С: Нд (ж) Н, (г) Нка!а (тв) Н! (г) С, кал ° К ° моль 6,6 6,9 25,0 7,0 Определите ЬН', АЯ', Ььг' и Кр при 125'С для реак- ции 2Нд (ж)+2Н! (г)- Н3010 (тв)-1-Нэ (г). Чистая жидкость А находится в равновесии со своим паром. Примите, что пар является идеальным газом, Два следующих уравнения могут быть выведены из точных термодинамических обоснований: а) уравнение Клапейрона 7)па р Ож г!Т Т (1 пар ) ж) б) уравнение Вант-Гоффа для реакции А(ж)- А(г) г) )п Р б )и К г)Т г)Т Свободная энергия и химическое равновесие Глава У!Н 84 или Гувер Ч)) 1-3-4.
Ч)! 1-3-2. ЧП)-З-З. Ч )!1-3-3. Ч Ш-3-6. дР Р~Н„,„— И ) 鄄— й' Почему результаты (а) и (б), одинаково точные, неидентичны (если не делать неточного предположения, что У = 0 и Й„= Й'н,)? Химик, имеющий поверхностное представление о термодинамике, советуется с Вами по поводу следующих трудностей: а) «Я считаю, что изменение свободной энергии системы при равновесии равно яулю. Однако изменение Равновесной свободной энеРгии Реакции )х)х + ЗНх 2МНэ, согласно учебнику, не равно нулю и составляет — 7,88 ккал при 298' К. Если система находится в равновесии, то почему изменение свободной энергии не равно нулю?» б) «Говорят„ что лед и соленая вода находятся в равновесии при — 3' С.
Активность льда равна 1. Активность воды в растворе меньше 1. Разве для жидкой и твердой воды, находящихся в равновесии, нет необходимости, чтобы их активности были равными?» Объясните для каждого случая, какие неправильные предположения были сделаны, как исправить соответствующие предположения и при каких особых обстоятельствах, если это вообще возможно, первоначальные предположения и заключения будут правильными. Идеальный газ А, подвергается частичной диссоциации на идеальный газ А: Ах ~ 2А. Константа равновесия реакции (выраженная через парциальные давления) равна К. а) Покажите, что сс =(! + 4Р/К)-'ь, где а — степень диссоциации Ах и Р— общее давление Ах и А.
б) Напишите кажущееся уравнение состояния этой смеси газов, включающее Р, У, Т, К и Л, приняв, (1) что ее молекулярный вес равен Ах', (2) что ее молекулярный вес равен А. в) Химик, не знакомый с явлением диссоциации, пытается определить коэффициент летучести этого газа путем расчета на основе наблюдаемых данных Р— )? — Т, Покажите, что он будет иметь успех, если примет предположение (2), а не (!). Выведите приближенное выражение для у, действительное при Р « К, основываясь на предположении (2). Полез- ными приближениями являются (1 + х)" 1 + пх, )х)« 1.
дх 1 Т)'а+Ьх — Уа 1 Растворы веществ А и В идеальные; их пары являются идеальными газами. В растворах В находи~ся в виде димера Вь но в парах существует в виде мономера В. Давление пара растворов исследовалось химиком, который не был знаком с димеризацией и предположил, что явные отклонения давления пара от закона Рауля связаны с обычной неидеальностью. а) Выразите давления паров Р„'и Р' веществ А и В без учета димеризации через пю пв, Ря и Р, где пв — число молей В (а не Вх), находящихся в растворе. б) Выразите фактические давления паров Рэ и Рв веществ А и В через те же самые переменные. Учтите, что испарение В влечет за собой химическую реакцию. в) Найдите коэффициенты активности уэ и Тв, которые химик определил на основе своих измерений и предположений.
(Он принял чистое вещество за стандартное состояние каждого компонента.) Выразите уя и ув через пя и пв; в случае разбавленного раствора В (пв « пя) выразите уэ и Тв через кажущуюся мольную долю Хв (не учитывая димеризации). Следующие данные относятся к реакции Вгх(г) 2Вг (г): Температура, 'К 1400 1000 Кр (давление, втм) 0,0808 0,255 а) Вычислите долю Вгь диссоциирующую на атомы Вг при 1600'К и общем давлении О,! атм. Примите, что газы идеальные, б) Определите ЛН' реакции. в) ЬН' изменяется с температурой.
Считаете ли вы, что ответ на пункт (б) будет точным? Это будет значение ЬН' при 1400' К, при 1600' К или при другой температуре? Соединение А при 300' К кристаллическое; простое вещество В и соединение АВх — идеальные газы. Кристаллы В существуют ниже 100' К, однако они сублимируются при этой температуре (давление пара 1 атм); энтальпия сублимации равна 2000 кал.моль-'. Теплоемкость В (крист) ниже 100' К приближенно. описывается уравнением Глава УПI Глпва lХ ПРАВИЛО ФАЗ РАздел !х-! ! Х-1-1. Ч П 1-3-7. в) 0!" 1Х-1-2. 1Х-1-3.
СР=2,60 10 "Т' — 2,40 10 ' Та кал ° 'К ' моль Для В(г) Ср= 6,ОО кал.'К . моль около 100 К. Энтальпии образовании и абсолютные энтропии соединений при 300' К следующие: — ! 3 $ В. к» ккал ° моль заоь кал ° 'К ° моль А (крист) -!0 !5 Лиь (г) — 4! 55 а) Определите стандартную абсолютную энтропию В (г) прн 300'С. б) Найдите Ьб' и К» для реакции А (крист)+ 2В (г) = АВ» (г). в) По одному молю В и АВ» вводятся в сосуд, в котором находится твердое вещество А. При равновесии 1,10 моля АВ» присутствуют вместе с остатками твердого А.
Давление пара А незначительно. Определите общее давление пара при равновесии. Покажите, чему будет равна функция свободной энергии Ят — Но))Т, если энтропия вещества прн 0'К будет иметь величину о вместо О. Для воды АН (замерзаиия) = — 80 кал г-', СР(ж) =- 1,00 кал.'К 'г!! С» (лед) = 0,49 кал.'К ' г '. Ка- кой из следующих записей можно выразить А5, „, для замерзания переохлажденной воды при — !О'С! а) (0,49 — 1,00)!и — з', б) зтз +(0„49 — 1,00)!и жз ' 80 258 ) — — + (0,49 — 1,00) 1 —; 80 255 д) ни одной из этих записей. Изобразите схематически: а) фазовую диаграмму «состав — температура» бинарной системы А — В, имеющей одну эвтектическую точку, одну перитектическую точку (соответствующую инконгруентному плавлению соединения АВ) и не имеющей твердого раствора.
Обозначьте все области; б) фазовую диаграмму «состав — температура» бинарной системы А — В, имеющей газовую фазу и две частично смешивающиеся жидкие фазы. Примите, что в системе нет твердых фаз. Обозначьге все области; в) фазовую диаграмму «состав — давление» при данной температуре системы гидрата соли А — % (А — негидратированная соль; % — вода), имеющей соединения А, А %, А.2%, А 497 и А 6%, которые присутствуюг в твердом состоянии в равновесии с парами воды. Примите, что жидкие фазы не образуются. Обозначьте линии.
Данные по давлению паров чистых хлорбеизола и воды даны в таблице. 89. Гттава 7Х Правило фав Рн о. мм рт, ст рс,н,с!, мм рт, ст. т, 'с 93 149 234 355 526 760 1075 50 60 70 80 90 100 11О 42 66 98 145 208 293 403 1Х-1-6. ЗХ-1-4. 500 лоо ЗХ-1-5. 700 ! Х-1-7. свао гооо Я "87 аеехй 8 40 Оа 170 160 700 Да«верее,еоар а) Приняв, что хлорбензол и воча в жидком состоянии полностью не смешиваются друг с другом, определите температуру, при которой хлорбензол будет перегоняться с паром при общем давлении 1 атм. б) Каково будет содержание (вес.%) хлорбензола в дистиллате? Система, состоящая из четыреххлористого углерода (С) и дноксана (Р), имеет две эвтектические точки: при 5,2 мол.~76 Р и — 24,7'С и прн 49,5 мол.% Р и — 20,2' С. Имеется одно бинарное соединение С7Р с конгруентной точкой плавления — 18,2' С. Температура плавления чистого С вЂ” 22,7' С„ температура плавления чистого Р 11,8' С.
Постройте фазовую диаграмму «состав — температура» втой системы, приняв, что твердые растворы не образуются [52]. Фазовая диаграмма «давление — температура» для углерода показана на рисунке 153) (1 бар =, = 0,987 атм). 6000 а) Определите давление, необходимое для превраще- ния графита в алмаз при 2000' К. б) Какая фаза будет плотнее — графит или алмаз— при ллобых температуре н давлении? в) Если эта диаграмма правильна, то нри каких тем- пературе и давлении !рафит и расплавленный углерод будут иметь одинаковую плотность? а) Обозначьте на диаграмме области.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
