И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 59
Текст из файла (страница 59)
МНОГОВАРИАНТНЫЕ ЗАДАЧИ !. Для концентрационного элемента, составленного из металла А в растворах электролита В с концентрациями тд и т, моль/1000 г, рассчитайте ЭДС при 298 К, Активность вычислите по среднему коэффициенту активности, взятому из справочника [М.), или (для разбавленных растворов) по ионной силе. Для элемента, составленного из водородного электрода в растворе электролита С с концентрацией тз моль/1000 о и каломельного полуэлемента с концентрацией КС! тв моль/!000 г, вычислите ЭДС и рН раствора, содержащего электролит С.
Диффузионную ЭДС не учитывайте. При 298 К стандартный потенциал каломельного электрода (а,— = 1) равен 0,2812 В, а ионное произведение воды 1,008 10 ". Константы диссоциации слабых электролитов найдите в справочнике [М.!. 334 2. Для окислительно-восстановительного элемента типа Р1 1 А, В й с, о ! Р1 по стандартным электродным потенциалам полуэлементов [М.! напишите уравнение и вычислите константы равновесия реакции окисления — восстановления.
Вычислите ЭДС элемента при 298 К, Укажите, можно ли практически изменить направление реакции за счет изменения концентраций компонентов. Считайте, что ан,о — — 1, ан, = = 0,2. № вв. рвввтв ос ва во "в 1* 2в зв 4а 5 6 7 8 9 Мпов Мпов мпо; Мпов мпо; Рез+ Ре(СХ)з Сгз+ со " Мпз+ Мпз" Мп'+ Мпво Мп'+ Резв Ре(СХ)' Сгзот Со'+ Сгз+ НзАзо, Мпо, 5 па+ )гз+ Сгз+ Сов+ Т1зе Ре(СХ)в Сгз+ НАзов Мп'т Зпз узе Сгз" Со'+ Т1+ Ре(СХ), 0,10 0,005 0,009 0,02 0,018 0,005 0,06 0,006 0,04 0,02 0,015 0,0!4 0,01 0,005 0,15 0,06 0,1 0,009 0,0! 0,001 0,001 О, 08. 0,1 0,1 0,04 0,08 0,06 0,0! 0,03 0,07 0,15 0,15 0,001 0,005 0,002 0,001 Продолжение табл. аС агт № на- рнанта 'в аа 0,01 0,007 0,005 0,06 Соз+ Со' " Сцй» Сцй» Н2А20 Н2А204 322+ Бп' ' Бпа Бп' Сеа" Сеа Т12+ (102» ()02— 12цач.
№ варианта № варианта оа яйаь в Е.йе', В 6 16 1 11 21 12 22 3 13 23 4 14 24 5 15 25 0,796 1,818 0,750 0,676 0,588 3,31 7,20 11,56 18,96 29,69 0,559 0,434 0,401 0,375 0,344 Б2,00 56,51 59,90 63,% 7 17 8 18 9 !9 10 20 5. Для гальванической цепи *В реакции участвуют Н+ н Н,О. 3. Для реакции, протекающей обратимо в гальваническом элементе, дано уравнение зависимости ЭДС от температуры. При заданной температуре Т вычислите ЭДС Е, изменение энергии Гиббса Лб, изменение энтальпии Лгу', изменение энтропии ЛЕ, изменение энергии Гельмгольца ЛА и теплоту (2, выделяющуюся или поглощающуюся в этом процессе. Расчет производите для 1 моль реагирующего вещества.
№ аа- рианта мссй„ т, к Мс т,к рнанта АБ Сд Са Со Сз Ва К 1л Акс! Сбе), СаС1, СоС1 С2С( ВаС12 КС( 13С1 ?ОО 800 1000 1000 900 1200 1000 800 9 10 11 !2 !3 14 15 МБС(, Нас) РЬС1, БпС12 СгС1, Т!С1 1.аС! з МБ Ыа РЬ Бп Сг Т! (.а 900 1000 700 500 1300 700 1!00 уравнение Е=-Г(Г 2 Рсакцнн С4Н»02-1-2Н" =- С4Н»(ОН) + 2е Еп+ 2АБС) =-: БпС12+ 2Ац 7п + Н62504 = ХпБО, -1- 2НБ АБ+С1-= АБС(+е Сд+ Н9250, = С650, + 2НБ С6-1- 2АБС1 = Сдс) 2+ 2АБ Сб+ РЬС!2 — — Сдс!2+РЬ 2НБ + 7пС!2 = Нййс!2+ Хп 2НБ — ' 501 = й62504-1- 2е РЬ+-2Ае! - — — РЬ!2+2АБ 2НБ+ 2С1- = НБ,С!2+ 2е 2Ац+ Нййс12 = 2АБС!+ 2НХ НБ2С12+2КОН=Н620+2КС1+ +н о РЬ+НдйС12= РЬС12+2НБ Е =-0,6990 — 7,4.10 — 4(Т вЂ” 298) Е=1,! 25 — 4,02 10 4Т Е ! 4328 1 19,10 — з(Т 228) Е=0,2224 — 6,4 1О '(Т вЂ” 298) Е=1,0!83 — 4,06 10 — 4(Т вЂ” 293) Е=-0,869 — 5,5 1О »Т Е 0'331 4 8,10 — 4Т Е =- 1 + 9, 4. 10 — 4(Т вЂ” 288) Е =. О, 6(Ы вЂ” 8, 02.! 0 — '( Т вЂ” 298) Е=О,2529 — 1,38 10 — »Т Е=0,2438 — 6,5 10 '(Т вЂ” 298) Е=0,556+3,388 10 — »Т Е=- — 0,0947-1-8,37 10 'Т ГЛАВА ХХ АДСОРБЦИЯ 25 298 1 Е=0,5353.(-1,45 10 4Т 336 337 1О* 11" 12 13* 14 15' 1б 17» 18 19 20 91 22 23' 273 343 278 273 273 303 293 273 273 333 273 363 353 1 3 5 7 9 1! !3 15 17 1о 21 23 24 2 4 6 8 10 13 14 !б 18 20 22 323 363 3!3 298 363 273 323 363 353 353 298 Со'4 Со'+ СцСц' НА202 НА.
О Ага+ Бп' ' Бпй+ Бп". СезСе'+ Т1» 1 14+ 044 Роз+ МпО, Сг'+ 0022» Бпа+ МпО уз+ Т(з» НаА204 Рц4+ Тн Соз» Со'+ Ссл + Без Рез» ОО, й+ Мпа+ Сг'" (34» Бп'+ Мпт+ 3/2» Тра НА20, 12ца+ Т1' Со'+ ('ой» Сез ' Рей+ Ре'" 1 14+ 0,1 0,012 0,007 О,И 0,08 0,15 0,0! 6 0,06 0,08 0,1 0,08 0,01 0,009 0,0!2 0,04 0,02 0,006 0,01 0,016 0,009 0,04 0,005 0,007 0,008 0,06 0,05 0,007 0,02 0,04 0,1 0,08 0,10 0,002 0.002 0,02 0,005 0,001 0,04 0,007 0,02 0,02 0,01 0,02 0,01 0,06 0,08 0,05 0,08 0,007 0,01 0,1 0,003 0,005 0,01 0,005 0,04 0,02 0,1 0,003 0,001 4.
Для элемента Сб (т) ! Сдс12, Бис!2 ! (жидкий) Сд — БЬ ( (Сд) расинан при 753 К получены значения ЭДС для различных концентраций Сг( в сплаве, Вычислите активность, коэффициент активности Сг( и давление его паров над расплавом. Давление пара чистого кадмия Р' =- = 9,0! Мм рт, ст. Ме ! МеС1„! С12, Р! Вычислите ЭДС при температуре Т.
При расчете используйте данные таблиц стандартных термохимических величин (М.! Основные уравнения и символы (К., с. 504 — 508; Г., т. 1, с. 443 — 448, 484! Адсорбция газа при Т = сопа! описывается уравнением изотермы адсорбции Лэнгмюра ЬР а=-о 1+ЬР (ХХ.!) где а — количество газа, адсорбированного 1 г адсорбента нли 1 сма его поверхности; а — максимальное количество газа, которое может адсорбировать 1 г адсорбента (или 1 ем* его поверхности) при данной температуре; Ь вЂ” константа адсорбционного равновесия; Р— равновесное давление газа.
Уравнение (ХХ.!), выраженное через степень заполнения В, имеет внд В=БР/(1+ЬР). (ХХ.2) Степень заполнения определяют по соотношению В=а/а (ХХ.З) Изотерма адсорбции Лэнгмюра может быть выражена через объем поглощенного газа: У=!/„ЬР(1+ЬР). (ХХ.4) Константы в уравнении Лэнгмюра вычисляют по соотношениям Р 1 1 — = — + — Р и аЬ, ав 1 1 Ь вЂ” = — +— (хх.6) )т )тР где У вЂ” объем адсорбированного газа; 1' — объем адсорбированного газа, полностью покрывающего поверхность 1 г адсорбента; объемы )/, )/ приведены к нормальным условиям (Т = 273 К, Р = 1 атм).
Площадь поверхности 5 1 г адсорбента 22,414 (ХХ.7) где з — площадь, которую на поверхности адсорбента занимает одна молекула адсорбата. Адсорбция из раствора описывается уравнением Лэнгмюра вида а = а„Ьс/(1+ Ьс), (хх.в) где с — равновесная концентрация адсорбированного вещества в растворе. Более строгим уравнением адсорбции служит уравнение в (ХХ.9) ь(1-в) (!+ьв) ' где Ь вЂ” константа, учитывающая силы притяжения между молекулами адсорбата. Для средних заполнений поверхности адсорбента используют уравнение изотермы Фрейндлиха х/т =Ы' (ХХ.10) или (хх. щ 18 х/т=18 Ь=п 18 с, 338 ЗАДАЧИ С РЕШЕНИЯМИ 1.
При адсорбции аргона коксовым углем при 194,7 К получены следующие результаты: 31,9 10а 24 5 130,5 !Оа 98,4 15,4 290 10а 218 24 Р, Па Р, мм рт. ст. и, мг/г Рассчитайте постоянные в уравнении Лэнгмюра. Р е ш е н и е. Согласно уравнению Лэнгмюра а/а является угловым коэффициентом прямой зависимости между Р/а и Р, а 1/Ьа отрезком. отсекаемым этой прямой на оси ординат. Вычисляем величины Р/а: Р, Па........, .
31,9 10а 130,5.10а 290 !Оа Р/а,...,..., .. 6,4.10' 8,7 !ва 12,1 1О' По полученным данным строим график, отложив на оси абсцисс Р, а на осн ординат — Р1а. Как видно из графика (рис. 40), 1/а=(11 — 7)/(240 — 60) =0,02й. Отсюда а = 45,1/Ьа — — 5,7 10а. Следовательно, Ь =- 1/5,7 45 = — — 0,004. где х — количество адсорбированного вещества; т — масса адсорбента; Ь и а — константы. Предполагая многослойную адсорбцию, Брунауэр, Эммет н Теллер вывели уравнение нзотермы адсорбции (БЭТ): 1с — П Р У(Р— Р) У С 1' СР (ХХ.
12) где )/ — общий объем адсорбированного газа; )/ — объем адсорбированного газа, если вся поверхность адсорбента покрыта сплошным мономолекулярным слоем; Р— равновесное давление адсорбированного газа; Р, — давление насьпценного пара; С вЂ” константа прн данной температуре. Согласно уравнению (ХХ.!2) зависимость от — на графике дает прямую линию с тангенсом угла накло- С вЂ” ! на —.
у„с Дифференциальную теплоту адсорбции Я, вычислите по уравнению /д!п Р! Оа — -/(7. ~ ) (ХХ.13» ст )Е' Т,Т, Р, Оа =17 )п (ХХ.14) Т,— Т, Р,' где Р„Р, — равновесные давления для двух состояний при двух температурах Т, и Т, прн одном и том же количестве адсорбированноговещества а или при одной и той же степени заполнения. 00п Р'. з' 20 200 200 300 Р 1000а Рис. 40.
Зависимость Р/а от Р Рис. 41. Зависимость Р/1У(Р.— Р) ! от Р/Р, Р УР-Р! мп м и 122 гп в и 4 г г 4 Е Е а !г И ЯмгПгггпгегпл/Рз-гог отрезок, отсекаемый на оси ординат, равен 1 — = 0,5. У С (б) Решая совместно уравнения (а) и (б), получаем С = 136; = 0,0146 см'/г. Чтобы вычислить удельную поверхность, отнесем У„к 1 моль: 0,0147 3,739 10-з У,„=0,0146 смз/г= ' ' =6,5 1О-' моль/г; 83,6 тогда удельная поверхность будет равна Юга — —.6,5 !Π— з 6,02 10зз.19,5.10-'з ==.763,05 смз/г.
ЗАДАЧИ Р вЂ” Р з Ргез 1', смчг Р, мм рт. ст, 0,4708 2,3900 2,2014 2,0020 1,8857 0,0385 0,0700 0,143 0,220 0,2660 0,0127 0,0150 0,0176 0,0190 0,0198 0,0992 0,1800 0,3686 0,5680 0,6843 На основании полученных данных строим график в координатах РР— — — (рис. 41). Из графика находим 1д ок У(Р,— Р) Р, С вЂ” 1 !ям= =68; (а) — С 340 2. Объем газообразного азота У при 1,04 10з Па (750 мм рт, ст) и 273 К, необходимый для покрытия образца силикагеля мономолекулярным слоем, 129 мл/г. Вычислите площадь поверхности 1 г силикагеля, если молекула азота занимает площадь 16,2 . 10 та м'.
Р е ш е н и е. Площадь вычисляем по уравнению (О,!29л г — з) (6,02 10'з моль-,1) (!6,2 10 м мз) 3 — 560 мз г-'. 22,4 л лзоль з 3. Г1ри 77,5 К на серебряном катализаторе была снята изотерма адсорбции криптона, которая характеризуется следующими данными: Р, мм рт. ст. . . . . . . . 0,0992 0,1800 0,3686 0,5680 0,6843 Объем адсорбироваииого газа ! кг катализатора, смз/г 0,0127 0,0!50 0,0176 0,0190 0,198 Рассчитайте постоянные в уравнении БЭТ, удельную поверхность катализатора, приняв площадь одной молекулы криптона 5к, =- 19,5 ° 10-за м', плотность криптона с(а с = 3,739 г/л, давление насыщенного пара криптона Р, = 2.57 мм. рт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
