Л. Лабовиц, Дж. Аренс - Задачи по физической химии с решениями (1134453), страница 3
Текст из файла (страница 3)
а) Объясните, па какой основе можно построитьграфик прямолинейной зависимости, при помощи которого можно определить состав (мол.%) смеси гелия и кислорода, отсчитывая плотность (г л-') при температуре 25'С н общем давлении ! атм (газы ведут себя, как идеальные). б) Постройте ~рафик и используйте его для определения состава смеси гелия и кислорода, плотность которой при определенных условиях равна 0,82 г л-'.
Три компоненты скорости молекулы газа: о„, па и о,. Скорость о =(о'„-)- о'+ о';)". а) Напишите выражение для и„', среднего четвертой степени скорости. (Этот и последующие ответы можно оставить в виде неопределенных интегралов. Тем не менее опи должны содержагь только массу каждой молекулы т, температуру Т, универсальные посзоянные и переменные интегрирования.) б) Напишите аналогичное выражение для о4. в) Если имеется различие между полученными иыражениями, помимо замены о иа о„, объясните, как о~о возникло. График представляет изотерму для 1 моля газа, который подчиняется уравнению состояния Р(г — Ь) = =агТ, где Ь ) О.
Объясните физический смысл наклона прямой и точки пересечения его с осью Р)', Гарм !9 !8 Глава 1 1-3-9, 1-3-!О. (Р+ —,) (7 — аЬ) =айТ. 1-3-11. 1-3-12. 1-3-13. будут иметь вид 1-3-14. йг Р= = — А7~, 7 — в Обсудите справедливость этого уравнения состояния для реального газа при низких давлениях. Для некоторого гипотетического газа коэффициент термического расширения определяется так: а= у(ат) =й'(с )Т! ! г)- а коэффициент изотермического сжатия— Какому уравнению состояния подчиняется этот газу (Примите, что Сж Ср, й~ и йз — постоянные.) Покажите, что для газа Ван-дер-Ваальса Т„р= 8а)27Ьй 7~» Злй и Рвр а)27Р~ где Твр критическая температура, 7,» — критический объем и Р„» — критическое давление. Уравнение Ван-дерВаальса имеет вид Газ подчиняется уравнению состояния (Р+ аР') Х Х(7 — Ь) =йТ, где а и Ь вЂ” постоянные.
Установите, имеет ли этот газ критическую точку. Если имеет, напишите уравнение состояния в приведенном виде. Для газа, описываемого уравнением Бертло. Р = йТУ7 — Ь) — а(ТР, выразите а, Ь и й через критические постоянные и напишите уравнение состояния в приведенных переменных. Покажите, что кРитические постоанпые Т„р, Рвр и Рвр для газа, который имеет уравнение. состояния Р— в-Атг лУ У вЂ” в Т„,=(4~~), 7„,=2Ь и Р'р ь (аьр~ Предложено следующее уравнение состояния для не- идеального газа: где à — мольный объем, А, 'В и т — характеристиче.
ские постоянные газа. Если это уравнение может быть применено к реальному газу, то оно должно предсказать: !) приближение к идеальному газу при давлении, равном нулю, или прн бесконечном объеме, т.е. Р77йТ-+ ! прн Г- оо; 2) существование критической точки при положительных Гвр, Т, р и Рв . Желательно установить, каким условиям должпй удовлетворять постоянные А, В н т для того, чтобы уравнение отвечало этим двум предсказаниям.
а) Выразите РГ7ЙТ через А, В, т, й, Т и 7. 6) Если Л и ВФО, то какие требования необходимы, чтобы Р7(йТ- ! при 7- ооу в) Выразите (дР/д7)г и (д'Р~дЧв)г через А, В, т, й, Т и 7. г) Выразите критический объем 7вр через А, В, т и й. д) Какие условия должны быть наложены на А, В или т, чтобы Гвр было положительпымр с) Выразите критическую зеыпературу Т„р через А, В, т и й. ж) Какие условия должны быть наложены на А, В или т, чтобы Твр была положительна? э) 'Обсудите физический смысл условий, которым должны удовлетворять А, В и т.
21 Глава II ПЕРВЫО ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕРМОХИМИЯ 11-1-5. Таблица О.г Стандартные знтальнни обРазованна АН1 тоз (ккал смоль ') соецннсинй и нх теплоемкости Ср =а+ ЬТ+ сТ + бТз+ /Т (кал ° еК ° моль ~) ! 1-1-6. ьи Соедввенне ! тзз' ккал мочь 4,03 1,14 0 0 6,79 0,98 0 0 10,57 2,10 О 0 7,219 2,374 2,67 0 — 2,04 — 0,11 — 2,06 0 298 — 2000 298 — 2000 298 — 2000 298 — 1500 !г,г 6,955 3,675 7,40 0 6,148 3,102 — 9,23 0 6,796 ! 1,588 — 3,0 ! 5 2,057 298- ! 500 298 — 1500 298 — 1500 299 т, к БББ Приведенные данные неволь»тюте» в задачах втой главы. Р, атн т,'к Точка РАЗДЕЛ 1РП 24,4 24,4 12,2 Покажите, что для процесса нагревания идеальнога газа 298 596 298 И-1-1.
Характер процесса Стали» о, кал ю, кзл Ь У, «ал Ьи, кал Используя уравнение (д(//дУ)г = Т (дР/дТ) р — Р, покажите, что (д(//д)з)т = О для газа, которыи подчиняется уравнению состояния РГ = ВТ, Выведите математическое выражение, включающее только постоянные и легка измеримые физические параметры, для работы тр, совершаемой газом в окружающеи среде. Газ подчиняется уравнецизо состояиа ния Р)х= пКТ вЂ” — и расширяется обратимо ог У объема )т! да объема кт при постоянной температуре. Найдите для ! моля газа, уравнение состояния кото- рога Р)7=ОТ+ АРТ вЂ” ВР, работу обратимого изотермического расширения от объема Гх! до объема Рт.
11-1-2. Изохорн- ческий Изобари- ческнй Изотермн- ческий 1 — ь г г — 3 3 — »1 11-1-3. Полный цикл !1-1-4. 11-1-7. С (графит) СО (г) СОз (г) НзО (т) Н,О (м) Н,Я (г) ЫНз (г) О, (г) ЗОз (т) 0 — 26,4157 — 94,0518 -57,7979 — 68,3174 — 4,815 — ! 1,04 0 -70,96 3 з -з И»терзал л а ~О е !О и ~аз ! 1О ' тенвераттр, к Перона закон термодинамики и термолимил 1' — мольный объем, а А и  — характеристические постоянные газа. Клапан цилиндра, содержавшего !О л газа при давлении 25 атм и температуре 25'С, открыт в атмосферу, давление в которой 760 мм рт. ст., а температура 25'С. Считая этот процесс изотермическим, определите работу (л-агм) процесса расширения газа.
Один моль одцоатомпого идеального газа проведен через обратимый цикл, показанный на рисунке. Заполните пустые места в таблицах, приведенных ниже. Один моль одноатомного идеального газа проведен через обратимый цикл, показанный на рисунке, За- Глава П Точка Р, атм р. л т, к 298 595 595 4 Е ма,з Характер процесса Сталкк Изобари- ческий Изотермп- ческий Изохори- ческий ! — т 2 г — 3 3 — р ! гг,4 к,л т, 'к Полный цикл 1 1 0,5 24,4 48,8 48,8 Вычислите конечную температуру обратимого адиабатического расширения 100 г аргона от 1О до 50 л; начальная температура 25' С. Вычислите максимальную работу а) изотермического и б) адиабатического расширения 2 молей азота от !О до 20 л (считая его идеальным газом) с начальной температурой 25'С.
Примите, что Ст — — з/з/1. Исходя из уравнения 1лзт=( — 1/СР) (дН/дР)т, выведите формулу Коэффициент Джоуля — Томсона для кислорода равен +0,366'С атм '. Приняв, что этот коэффициент не зависит от температуры, определите конечную температуру газа, когда !О молей кислорода с исходным давлением 20 атм и температурой 20'С расширяются, как в опыте Джоуля — Томсона, сквозь пористую мембрану до конечного давления 1 атм. При определении энтальпии сгорания нафталина (С»еНз) в кислороде в калориметрической бомбе найдено (8], что при сгорании 1,1226 г нафталина температура калориметрической системы возросла на 4,0630'С.
Средняя температура опыта равна 18'С. Повышение температуры исправлено с учетом энтальпин сгорания запальной проволочки и образования сажи, окиси углерода и азотной кислоты. Теплоемкость калориметрнческой системы 2660 кал; молеку- 11-1-9. Характер процесса Сталка 1 1-1- ! О. Изобари- ческий Изохори- ческий Изотерми- ческий ! — г 2 — р 3 3 — р ! П-1-! !. Полный цикл П-1-12. 11-1-13 и Е и гвв г,к полните пустые места в таблицах, приведенных ниже.
Точка Р, атм 1». л е, кал и, кал ЬУ, кал ЬН, «ал Один моль одноатомного идеального газа проведен через обратимый цикл, показанный на рисунке. Заполните пустые места в таблицах, приведенных ниже. Первый закал термодинамики и термохимия Е, кал и, кал ЕУ, кал ЛН, кал терлгодинамики и термокимил Глава П Первый закон 24 11-1-!4. 11-1-20. 1Н-15. 1Н-16, 1Н-21. Эитеиьиии рестиореиии. «кол иоле Соедииеиие ЗСаО В,Оз 2СаО В,Оз СаО ВзОз СаО 2взОз СаО В,О, ЬПз = -82,423 ЬП, = -50,287 ЬПз = — 20.259 ЬП, = — (0,080 Ь77, = -45,380 ЬН, = — 32,85 И-1-22.
!1-1-17. 11-1-18. ЛНяя= — 94,052 ккал 'зЧС (тв) + ~/зОз (г)— -р%0з(тв) + СО,(г) ЛНзез = — 285,80 ! Н-19. ЛНрзз = — 200, 16 % (тв) + /зОз(г) ->%Од(тв) Н-1-23. лярный вес нафталина 128,! ! г моль-'. Определите энтальпию сгорания 1 моля нафталина прн 18'С. Калорическая ценнос~ь пищевых продуктов (факп(- чески энтальпия сгорания единицы массы пищевых продуктов) может быть определена измерением теплоты, выделяющейся при горении взвешенного образца пищи при условии постоянства объема в калориметрической бомбе. Выделяющееся тепло при полном сгорании 1 г (3 !О-з моля) куриного жира в этих условиях (постоянный объем) составляет 1О ккал при 37' С. Определите калорическую ценность куриного жира (кал г() при 37'С и постоянном давлении, т.е.
стандартную теплоту сгорания куриного жира при 37'С. Реакция может быть представлена уравнением Сз,НззО, (тв) + 270з(г) — и 20СОз (г) + 16НзО (ж). Определите эптальпию плавления льда (кал моль ') при — 10' С из следующих данных: Ср(НзО, тв) = = 9 кал ° моль ' 'К '; Ср(НзО, ж) = 18 кал ° моль ' Х Х 'К ', ЛЙ плавления льда при 0'С 1435 кал моль-'. Ниже приведены энтальпин растворения некоторых соединений типа пСаО л(ВазОз в 1 н. НС! прн 298,16' К [9): Вычислите ЛН для реакции ЗСаО + ВзОз = ЗСаО.
ВзОз. Для реакции 2Аз(тв)+ 5Вз(г) = 2АзВз(г) Л!гздз = = 15 000 кал. Определите ЛНздз для этой реакции. о Стандартная энтальпия сгорания ЛНздз твердого нафталина (С(д!1з) равна — 1231,6 акал ° моль '. Продукты сгорания — СОз и жидкая вода. Найдите стандартную энтальпию образования нафталина при 25'С. о а) Стандартная энтальпия сгорания (ЛН, ) кристаллической бензойной кислоты (СаНзСООН) при 25'С до СОз (г) и НзО (ж) равна — 771,72 ккал моль-(, Найдите ЛН' и Л(7' образования бензойной кислоты пз простых веществ при 25'С. б) Найдите стандарт- ную энтальнию образования ЛН' кристаллической бепзойной( кислоты при 100' С.
Примите, что в данном интервале температур теплоемкости приведенных веществ постоянны: сензсоон (крист( с (грзззит( нз(гз оз (г( Ср, кал ° 'К-' моль-' 35,( 2,0 4,9 5,0 Оцепите Л77' ионизации водных растворов л(-хлорфе- пола (м-ХФ) [!0) на основе следующих данных: о лыХФ(ж)- л(-ХФ(ац) ЛН(=-674 кал моль ' м-ХФ (ж) + ОН (ац) -о ЛНз 7540 кал мол НзО(ж)-оН'(ац)+ ОН (ац) ЛНз=!3,5 ккал моль ' При 298,16' К стандартная энтальпия сгорания цис- гексагидроиндана (цис-СзНм) равна — 1351, 60 ккалХ Х моль-' [11). Процесс сгорания может быть представ- лен уравнением: цис-СдНы (ж)+ 13 Оз (г) — о 9СОз (г)+ 8НзО (ж). а) Вычислите стандартную энтальпию образования ! моля цис-гексагидроиндана из простых веществ при 298,16' К б) Какой будет ответ, если за стандартное состояние углерода принят алмаз вместо графита? С(алмаз) — С(графит) ЛНздз= — 0,45 ккал. Оцените стандартную энтальпию образования карбида вольфрама %С (тв) на основе следующих данных [12): С(графит) + О,(г) — «СО,(г) Измерена [13) стандарп(ая эитальпия гидрирования циклогексена и бензола и получены следующие ре- Глава П зультаты: Ср кал К .моль Реакция ЛН', ккал моль ' Соелииеяие 8,89 6,97 6,94 18,02 ХНа О, Хя НеО (ж) — 28„59 — 49,80 1 1-1-28.
ан обрааоааиия, ккал.моль е Ср, кал «К моль 8,00+ 0,002 Т 7,00 8,00 А В Аве П-! -24. П-1-29. П-1-20. — 19,5 — 17,5 — 44,0 П-1-26. П-1-27. П-1-30. н, Нэ от' е [ ! Н 2 2 1ь2 Н, Н б) Н[ [ +ЗН, — и Н н, На основании реакции (а) определите стандартную энтальпию образования бензола н объясните, почему полученная величина не совпадает с измеренной ( — 49,80 ккал моль-').
Стандартная энтальпия сгорания борогидрнда алюми- ния А1(ВНе)в (ж) равна — 989,! икал моль ' при 298,2' К [14). А! (ВН,), (ж) -1- 6 Ое (г)— -ь '/,А!,Ов (крист. корунд)+ в/еВвОв (крист) + + 6НеО (ж). Вычислите стандартную энтальпию образования А1(ВНе)б (г). Энтальпия испарения А1(ВН,), (ж) 7,2 ккал моль ', а энтальпии образования необходи- мых для расчета соединений равны: А1еОз(крист. корунд) — 399,09 ккал моль-', ВеОа (крист) — 303 ккал ° моль '.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
