Л. Лабовиц, Дж. Аренс - Задачи по физической химии с решениями (1134453), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При 298,2' С стандартная энтальпия образования Мд(5)Об)е составляет — 188770 кал моль-', стан- дартная энтальпия растворения — 21 530 кал моль ', а стандартная энтальпия образования иона НОв — 49 320 кал (г-ион)-' [15). Вычислите стандартную энтальпию образования иона М9" при этой темпера- туре. Стандартная энтальпия сгорания жидкого пнридина при 298,15' К равна — 664,95 икал моль ' [!6).
Опреде- лите стандартную энтальпию образования пиридина при 298,15' К. а) Определите ЛН' и Л(/' при 25'С для реакции: 45!Нв (г)+ ЗОе (г)- 21Че (г)+ 6НеО (ж). б) Определите ЛН' для реакции (а) при 50'С, при- няв следующие теплоемкости при постоянном давле- нии: Первый локон термодинамики и термохимив Используя следующие данные: а) выведите выражение для зависимости ЛН' от температуры для реакции А + 2В-мАВэ. Ваше выражение должно содержать только численные величины и Т; б) оцените ЛН' для этой реакции при 1000' К. Имеются следующие данные: ЛН', ккал (при 18'С) а) Ре(тв)+ 2НС1(ат!)-ьРеС!,(ае!)+ Н,(г) — 21,0 б) РеС!е(тв) + ае(-и РеС1,(а11) в) НС! (г) + ац — НС! (ад) г) Н,(г)+ С1,(г)-о2НС! (г) Ср(ккал ° 'К ' моль ') Ре(тв) С!е(г) РеС1,(тв) 6 8,2 18,5 Определите для процесса образования твердого РеС!а а) ЛН' при 18'С, б) Л(/' при 18'С и в) ЛН' при 118' С.
Используя эмпирические величины энтальпии образования связей ЛН (см. таблицу), оцените ЛН вЂ” энталь- Первый закон 28 29 Глава П термодинамики и термояилтая ЬЛ, ккзл.моль «кря 25 С! Связь П-2-5. 104 ЗЗ 111 99 84 83 Н вЂ” Н О вЂ” ΠΠ— Н С вЂ” Н С вЂ” О С вЂ” С ! 1-2-6. П-2-7. П-1-31. Т ( дг ) У~ ~ д ) П-2-8, П-2-!.
П-2-2. О=С Т,(1 — ~р ) П-2-9. П-2-3. П-2-10. П-2-4. пию нзомеризации этилового спирта в диметиловый эфир: СНзСН»ОН (г)- СНлОСНз (г). «!(? = хуядх+ хяуду; «(ьт' = (з(п у)дх+(з!и х)ду. а) Установите, являются ли «1«/ и «(9Г полными диф- ференциалами. б) Для каждого полного дифференциа- ла найдите функцию ((«илн )У), в которую переходит этот дифференциал прн интегрировании подходящим путем.
Изобразите графически выбранный путь. РАЗДЕЛ !1-2 Так как по определению Сг — (д(?|дТ) ю часто пишут без ограничивающих условий: ««((? = СийТ», Прн каких условиях действительно «((? = Сг«!Т? Покажите, что работа обратимого адиабатического расширения ! моля идеального газа выражается урав- нением если Са н Ср не зависят от температуры, При бесконечно малом сжатии жидкости нлн твердого тела под давлением Р изменения энергии !?, объема У и температуры Т приближенно связаны выражением «!О = СгйТ+(АТ вЂ” Р)пУ, где й — характеристическая постоянная вещества. Выведите уравнение, связывающее начальный н конечный объемы, начальную и конечную температуры при равновесном адиабатнческом сжатии жидкости нли твердого тела с постоянной теплоемкостью Сю Воображаемый газ подчиняется уравнению состояния РУ'= и'КТ (К вЂ” постоянная), а его теплоемкость Сг не зависит от температуры н давления.
Для этого газа В зависит только от температуры, так же как и в случае идеального газа. а) Выведите уравнение, которое связывает начальное н конечное давления с начальной н конечной темнературамн при обратимом адиабатнческом расширении газа. б) Выразите (ССи — ССк) для этого газа через Р, Т и К. Газ описывается уравнением Ван-дер-Ваальса (д17/др) з = а(УЯ. Выведите уравнение, связывающее начальну!о н конечну!о температуры с начальным н конечным объемами при обратимом адиабатнческом расширении газа Ван-дер-Ваальса, для которого С„= А + ВТ (А н  — постоянные). 1 ?дП1 Выведнтс общую формулу 1злт= '! / ' С ! др/~ Выразите коэффициент Джоуля — Томсона через а, )?, Т и С„для газа, который подчиняется уравненн«о состояния У = айТ(Р— па(!?аТЯ. Имеет лн газ температуру инверсии? Объясните.
Коэффициент Джоуля — Томсона для газа Ван-дерВаальса описывается уравнением Выведите выражение для температуры инверсии как функции давления. Покажите, что Докажите, что для любого вещества Ср С!т = ~Р+ ( ду ) з! «! дт ) Покажите, что для особых случаев идеального газа каждая формула, приведенная ниже, упрощается до Глава П выражения С вЂ” С =)?. 3) С,— С,,=-ТМф, где Аг (г) А„(г) 2 5,5 11-2-16. !1-2-17.
И-2-18. Н-2-19. ьгО ' Н, (г) О, (г) Хг (г) Н,О (г) 6,947 6,095 6,449 7,21 9 0,2 3,253 1,413 2,347 1) Ср Ср ~Р+( и) )~ ) а) При экспериментальном определении энтальпии нейтрализации соляной кислоты едким натром (17) смешивали растворы НС! и ХаОН в прецизионном калориметре, причем температура содержимого калориметра поднялась на 0,2054'С. Количество воды, выделившееся в результате реакции, равно 3,4075 ммолей. Кроме того, электрические измерения показали, что удельная теплоемкость калориметра и его содержимого равна 223,9 кал град '. Вычислите эитальпию нейтрализации на 1 моль НС1.
Необходимо ввести поправку (+155 кал) на 1 моль образовавшейся в конце процесса НгО к энтальпии смещения растворов НС1 и МаОН до того, как прошла реакция. б) В другом опыте те же исследователи установили, что энтальпия нейтрализации НС!04 в пределах ошибки эксперимента та же, что и для НС!. (однако энтальпия нейтрализации уксусной кислоты едким патром равна †!3,3 икал моль-'. Как объяснять тот факт, что эитальпии нейтрализации НС! и НС104 одинаковы, по отличаются от энтальпии нейтрализации уксусной кислоты? Выразите ЛН' как функцию температуры для реакции С(графит)+ СОг (г) — 2СО (г).
(Ответ должен содержать только Т и числа.) Укажите интервал температур, в котором полученное выражение выполняется. а) Найдите ЬН' и ЬРа при 25'С для реакции Нг5 (г)+ /гОг (г)- НгО (г)+ 50г (г). б) Найдите ЬН' при 1000' К. в) Имеете ли Вы достаточное количество сведений для того, чтобы найти ЛН' прн 2000' К? Объясните.
Для реакции ЗАг (г, 1 атм)=2Аз (г, 1 атм) ЛН'зоо равна — 35 ккал. Используя этот факт и данные таб- Первый закон термодинамики и термохимил лицы, приведенной ниже, выведите основное выражение для зависимости стандартной энтальпии реакции от температуры в виде ЬН' = А + ВТ + СТ + Р)Т, действительное в интервале температур от 300 до 500'К. Оцените численно все постояешые.
Ср а+Ьг+е)7 (кзл ° моль ~ ° 'К ') а ~оь е ~О-ь Найдите ЬН' при 1000' К для реакции Ог(г)-ь 20 (г) ЬНгоз 117,04 ккал; Ср(0) = згг(?. Выведите уравнение зависимости ЬН' от температуры для приведенной ниже реакции. (Конечное уравнение должно содержать только Т и числа.) А (тв) + 2Вг (г) а~ АВг (г) ЛНлоо = 500 ккал Ср(А, тв)=5+3 10 'Т (кал моль ' 'К ) Ср(Вг, г)=6+ 4 ° 10 'Т (кал моль ' ° 'К ') Ср(АВь г)=7+ 5 ° !О 'Т (кал ° моль ' ° 'К ') Для гипотетической реакции 2А(г) -ь Аг(г) ЬСр =* о = 1+ 2 10-з Т кал 'К ' и ЬНгоз= — 5 ккал. Определите для втой реакции температуру, при которой ЬН' = 0 при постоянном давлении.
Определите максимально возможную температуру продуктов сгорания 2 объемных частей Нг (г) и 5 объемных частей воздуха [20 06.% Ог (г) и 80 об.Ъ Мг (г)], если температура зажигания равна 25'С. Какое заключение можно сделать о полученном выражении для теплоемкости? С,-" а+ ЬТ (квл ° моль-' ° 'К-') Глава ~ СНз СНз СНя ! 1 ( СН, СНз СНз ! 1-3-2.
! 1-3-3. в) Энергия связи С вЂ” С" б) Энергия связи Н вЂ” Н в) Энергия связи С вЂ” Н г) <)О! Соа (г) д) АУ НаО (ж) е) <)77~ СН,— СН, (г) ун) 877,', (СН,),Н (г) 3) глосуод Х(СНаСНа)ад 83,1 104,2 98,8 -94,0818 — Г)8,3!74 — 20,236 — 588,7 14,8 11-3-4. !1-3-5. !1-3-0. < Все величины даны в кквл нала 1"зт = С ~ Т ( дт ~ — У ~ Т,(+) — У=О. 11-3-7. 2 звн. !за) На основе приведенных ниже термодииамнческих дан- ных (18) оцените энтальпшо сгорания ЛНсг триэтнлеп- диамина (тв): Продукты сгорания — СОз(г), НзО (ж) и Хз (г).
Установите, будет ли выражение а<я =хус(х+ —, х с(у полным дифференциалом. Если будет, найдите функ- цию, от которой взят этот дифференциал. Если нет, найдите два значения )<(х, полученные двумя различ- ными путями интегрирования между одними и теми же точками, Пусть с(х = ху (<(х + <(у) . а) Будет ли г(х полным дифференциаломр б) Вычис- «, 3) лите ) с(х, проводя интегрирование двумя различ<о, о) ными путями от начала координат до точки х = 1, у = 2.
РАЗДЕЛ 11-3 а) ДлЯ газа Ван-деР-Ваальса (д(7/д7) т — — а/7з. Вь!. разите (дТ/д7)-через а, /! и 7 для газа, у которого С» = з/я/<, б) Йзвестпо, что газ, описанный в пункте Оервыа закон термодинамики и термолимия (а), ксенон. 1 моль ксенона адиабатически расширяется в вакуум от начального объема 1 л до конечного объема 2 л, Для ксенона а = 4,19 лз атм моль-з.
Вычислите изменение температуры газа при расширении. Студент сделал следующий ошибочный вывод в лабораторном журнале по калориметрии в бомбе: «ЛН = = М~ + РЛУ. Поскольку в калориметрической бомбе процессы идут при постоянном объеме, то ЛУ = 0 и Ь(/ = ЬН.» Объясните, почему этот вывод неправильный. Удельная теплоемкость С = г/у/г/Т обычно измеряется при постоянном давлении или при постоянном объеме, однако могут быть постоянными и другие переменные. Выразите Сн (при постоянной энтальпии) через некоторые (или все) величины: Р, Т, У, С,, (дУ/дТ)р к (дУ/дР)т. Примите, что система закрыта, гомогенна, имеет только две степени свободы (в данном случае Т и Н) и не производит никакой иной работы, кроме работы Р— У.
Докажите, что если (д(//дУ)т = О, то и (д(//дР)т = = О. Докажите, что не обязательно (дН/дУ) т = О, если (д(//дУ)т = О Из формулы видно, что математическое условие для температуры инверсии Т< следующее: Это выражение можно переписать в приведенных переменных и = Р/Р,р, ф = У/Увр и О = Т/Тнр.
В этом случае условие инверсии будет иметь вид 0<(дф/дО) „— — ф = О. Примените последнее выражение для вывода приведенного уравнения Ван-дер-Ваальса ( +3/ф)(зф — 1) =во и покажите, что 3 (зФ вЂ” 1)' 9 (2Ф вЂ” !) О! = и л! = ° а 4Фа (Ф Таз подчиняется уравнению состояния Р(7 — пЬ) = пКТ; (д(//дУ)т =О. Выведите выражения, включающие только постоянные (такие, как б или (с) и Глава Н легко измеримые физические параметры (такие, как Риля)г,п,Т,бвиСт) для: а) коэффициента термического расширения данного газа и Р(дГ! б) работы, выполняемой газом при обратимом изотермическом расширении от Г; до тб в) функции переменных Т и Г для обратимого адиабатического расширения, аналогичной формуле для идеального газа Т~/Тз = (Гз/Гг~) т ', где у = ССн/Сг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
