Типы экзаменационных задач

Законы термодинамики

1. n моль идеального газа находятся при температуре Т и давлении Р. Определите работу, изменение внутренней энергии и энтропии в процессе изотермического расширения газа до объема V₂.

2. Рассчитайте изменение энтропии и внутренней энергии при изотермическом смешении двух идеальных газов заданного количества при температуре Т, если каждый газ находился при давлении Р, суммарный объем системы после смешения V.

3. На основании справочных данных рассчитайте изменение энтальпии и энтропии нагревании вещества от до : а) считать теплоемкость вещества постоянной, б) учитывая зависимость теплоемкости от температуры.

4. Вещество заданного количества испаряются при температуре нормального кипения, а затем изотермически расширяются до давления Р₂. Рассчитайте изменение энергии Гиббса (энтропии) в этом процессе.

5. Пользуясь справочными данными, рассчитайте тепловой эффект (изменение энтропии) реакции, протекающей при температуре Т и постоянном давлении (объеме): а) считать теплоемкости веществ постоянными, б) учитывая зависимость теплоемкости от температуры.

6. Пользуясь справочными данными, рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца для реакции, протекающей при температуре Т.

7. Рассчитайте абсолютную энтропию вещества при температуре Т и давлении Р (воспользуйтесь справочными данными).

Химическое равновесие

1. Для реакции СО+Н₂О = Н₂+ СО₂ дана зависимость (взять из справочника):

Вывести уравнение зависимости теплового эффекта реакции от температуры и рассчитать значение теплового эффекта при температуре Т.

2. Равновесное давление Н₂О_(пар) по реакции Ca(OH)_2(тв) = CaO_(тв)+ Н₂О_(пар) равно 100 мм. рт. ст. при t=450^оС и 400 мм. рт. ст. при t=531^оС. Найти среднее значение ∆Н в данном интервале температур.

3. Константа равновесия реакции H₂ + I₂ = 2HI при 717К равна 46,7. Определить количество (в молях) разложившегося HI при нагревании 1 моль HI до 717 К.

4. Константа равновесия реакции: Fe₃O_4(тв)+ СО=3FeO _тв)+ СO₂ при 600^оС равна 1,15. Смесь 1 моля Fe₃O₄, 2-х молей СО, 0,5 моль FeO и 0,3 моль СO₂ нагрета до 600^оС при общем давлении 5 атм. Определить количество каждого вещества при равновесии.

5. При 550 К и общем давлении 1 атм. степень диссоциации фосгена COCl₂ = CO + Cl₂ равна 80%. Определить К_Р и К_С.

6. Для реакции N₂O₄ = 2NO₂ при 55^оС К_Р=1,38∙10⁵ Н/м². Сколько молей N₂O₄ следует поместить в сосуд с ёмкостью 10 л для того, чтобы при равновесии концентрация NO₂ в нём была 0,1 моль/л?

7. Степень диссоциации PCl₅ при 473 К и р=1 атм. равна 0,485, а при 523К и том же давлении – 0,8. Рассчитать ∆Н реакции: PCl₅ = PCl₃ + Cl₂ в интервале 473 – 523К.

8. При смешении 1 кмоль А с 1 кмоль В в результате реакции А + 2В = АВ₂ в равновесной смеси образовалось 0,2 кмоль АВ₂. Определить численное значение К_Р при общем давлении 10⁵ Н/м², если все вещества находятся в идеальном газообразном состоянии.

9. Пользуясь справочными данными рассчитать К_Р реакции SO₂+Cl₂= SO₂Cl₂ при 298К. Все вещества считать идеальными газами.

Фазовое равновесие в однокомпонентных системах

1. Определить температуру кипения этилового спирта при давлении , если его нормальная температура кипения . Принять, что в интервале температур теплота испарения спирта . Воспользуйтесь справочными данными.

2. Рассчитайте изменение энтропии при изотермическом испарении 0,0332 кг CBr₄ при нормальном давлении, если зависимость давления насыщенного пара от температуры выражается уравнением

3. Вычислите теплоту испарения хлора при нормальной температуре кипения (взять из справочника), если давление насыщенного пара над жидким хлором определяется уравнением: .

4. При нормальном давлении и температуре плавления 234,3 К жидкая ртуть имеет плотность 13,69 г/см³, а твердая – 14,19 г/см³. Рассчитайте температуру плавления ртути при давлении 3,78∙10⁷ Па, если теплота плавления равна 9,74 Дж/г.

5. Рассчитайте мольный объем (м³/моль) жидкого дейтерия при 18,65 К, если тангенс угла наклона касательной к кривой зависимости температуры плавления от внешнего давления при этой температуре К/Па, теплота плавления 196 Дж/моль, а мольный объем кристаллического дейтерия составляет 20,5 см³/моль.

Фазовое равновесие в двухкомпонентных системах

1. Определите температуру начала кипения системы, содержащей 400 г CCl₄ и 500 г С₂Н₅ОС₂Н₅.

2. Сколько граммов и какого компонента можно выделить в чистом виде при ректификации смеси , содержащей 40% (мольн.) воды (Р., рис.28.8, стр. 39).?

3. Пар имеет массовый состав: 30% CCl₄ и 70% С₂Н₅ОС₂Н₅. Найдите состав жидкости (в моль.%), находящейся в равновесии с этим паром.

4. Какого компонента и сколько (в граммах) нужно добавить к смеси, содержащей 8 молей воды и 2 моля азотной кислоты, чтобы получить азеотропную смесь?

Растворы

1. Определите парциальный молярный объём метилового спирта, если плотность 60%-ного водного раствора спирта при 293 К равна 0,8946 г/см³. Парциальный молярный объём воды в этом растворе 16,8 см³/моль.

2. Определить изменение объёма при образовании 1 моля раствора метилового спирта в воде из чистых компонентов. Р=1атм, Т=293К, 39,7 см³/моль, 0,9982 г/см³, 0,7915 г/см³.

3. Зависимость объёма раствора хлорида натрия от количества молей соли n₂, растворенной в 1000 г воды, выражается уравнением: (см³)

Р=1 атм, Т=293К. Определить парциальные мольные объёмы воды и соли в трехмольном растворе.

4. Раствор толуола в бензоле можно считать совершенным раствором. Мольная доля толуола в растворе 0,2; t=60^oC.

Найти: 1) относительные химические потенциалы компонентов в растворе;

2) изменение энергии Гиббса при образовании 1 моля раствора из чистых компонентов;

3) изменение энтропии при образовании 1 моля раствора;

4) изменение объёма при смешении;

5) теплоту смешения.

5. Дана смесь этанола и хлороформа при 35^оС. Когда мольная доля этанола в жидкости ( ) равна 0,2, общее давление пара над раствором равна 304,22 мм. рт. ст. При этом мольная доля этанола в парах равна 0,1382. Давление насыщенного пара над чистым хлороформом равна 295,11 мм. рт. ст., а над этанолом =102,78 мм. рт. ст.

Найти: 1) активности компонентов раствора;

2) коэффициенты активности;

3) относительные химические потенциалы компонентов;

4) изменение энергии Гиббса при образовании 1 моля раствора из чистых компонентов.

6. Рассчитайте изменение энергии Гиббса, энтропии и энтальпии при образовании идеального раствора из 50 г н-гексана и 50 г н-гептана при 298К.

7. Температура замерзания чистого бензола 278,5К, а температура замерзания раствора, содержащего 0,2242 г камфоры в 30,55 г бензола, равна 278,254К. Криоскопическая постоянная бензола 5,16К. Определите молекулярную массу камфоры.

8. Температура замерзания разбавленного водного раствора тростникового сахара 272,171К. Давление пара чистой воды при этой температуре 568,6 Па, а теплота плавления льда 6029 Дж/моль. Вычислите давление пара раствора.

9. Рассчитайте осмотическое давление 0,01 молярного раствора Na₂SO₄ при 300К. Кажущаяся степень диссоциации α=0,88.

10. На основании справочных данных о парциальном давлении пара компонентов в системе этанол-бензол (Р., табл. 20) рассчитайте активности и рациональные коэффициенты активности каждого компонента в растворе с концентрацией этанола. Сделайте вывод о характере отклонений от закона Рауля. Паровую фазу рассматривать как смесь идеальных газов.