zadat-fkh
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползунова
Н. Г. Комарова, М. Ф. Стенникова, Н. П. Мусько
Физическая и коллоидная химия
Индивидуальные задания для студентов химических и нехимических специальностей
Изд-во АлтГТУ Барнаул 2006
УДК 541.1
Комарова Н.Г. Физическая и коллоидная химия: индивидуальные задания для студентов химических и нехимических специальностей / Н.Г. Комарова,
М.Ф. Стенникова, Н.П. Мусько; |
Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова.- |
Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006. - |
108 с. |
Представлены задачи по основным разделам физической и коллоидной химии, предназначенные для самостоятельной работы студентов химических и нехимических специальностей.
Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры технологии переработки пластмасс и эластомеров.
Протокол N 5 от 23.12.2005
2
1. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Задача 1
Вычислите Сp по интерполяционному уравнению и с учетом колебательной составляющей по уравнению Эйнштейна
1.1для CS2 при 800 К
1.2для СО2 при 700 К
1.3для С2Н2 при 600 К
1.4для N2О при 900 К
1.5для С2Н4 при 400 К
1.6для NO2 при 1000 К
1.7для SO2 npи 400 К
1.8для NH3 при 600 К
1.9для СНС13при 600 К
1.10для РСl3 при 600 К
1.11для CCl4 при 800 К
1.12для СН4 при 600 К
1.13для СН3С1 при 1000 К
1.14для Н2О при 600 К
1.15для H2S при 600 К
1.16для СО при 500 К
1.17для СН3С1 при 600 К
1.18Определить Ср СН3ОН при 500 К по интерполяционному уравнению и с учетом колебательной составляющей по уравнению Эйнштейна, если
ωе×10 -5, м-1: 3,683 (2); 2,976 (2); 2,845; 1,455 (2); 1,340 ; 1,116 (2); 1,031(2). В
скобках указана степень вырождения (ωе×10 -2 1,439 = Ө).
1.19Вычислить Ср СН3Вr при 500 К, если характеристические температуры
Өи вырождения (указаны в скобках) : 889,3 (1); 1371,4 (2); 1856,3 (1);
2090,9 (2); 4266,0 (1); 4434,0 (2). Сравнить Ср, найденное по уравнению Эйнштейна с Ср, рассчитанным по интерполяционному уравнению.
1.20Чему равно отношение Cp/Cv для газовой смеси, состоящей из 2
кмоль метана и 0,5 кмоль кислорода. Вычислить Ср по интерполяционному уравнению и с учетом колебательной составляющей по уравнению Эйнштейна.
Задача 2 (при решении использовать приложение А1)
2.1 Какое количество тепла необходимо для нагревания 200 г углекислого газа от температуры 27 до 227 °С: а) при постоянном объёме б) при постоянном давлении. Теплоемкости определить по интерполяционному уравнению, используя табличные данные.
3
2.2Рассчитать молярную теплоемкость CuCI по правилу Дюлонга и Пти, используя правило аддитивности. Сравнить полученные величины с вычисленными по интерполяционному уравнению (по справочным данным).
2.3Вычислить изменение энтальпии азота при охлаждении 1 м3 дымовых газов от 230 до 15 °С Содержание азота в дымовых газах 80 объемных %. Зависимость истинной молярной теплоемкости азота от температуры имеет вид С = 27,2 + 0,00418Т, Дж/(моль·К).
2.4Рассчитать молярную теплоемкость MgO по интерполяционному уравнению и по уравнению Дюлонга и Пти. Необходимые данные взять в справочнике.
2.5Рассчитать молярную теплоемкость хлорида никеля при 25 °C, используя правило Дюлонга и Пти и правило аддитивности. Сравнить с теплоемкостью, вычисленной по интерполяционному уравнению.
2.6Комната имеет площадь 20 м2 и высоту 3 м. Какое количество теплоты потребуется, чтобы нагреть воздух в этой комнате от 10 °С до 20 °С при
полной термоизоляции, если для воздуха истинная молярная теплоемкость С = 27,19 + 4,18·10-3 T, Дж/(моль·К).
2.7Рассчитать молярную теплоемкость СuС12 по уравнению Дюлонга и Пти и по правилу аддитивности, сравнить с вычисленной по интерполяционному уравнению (по справочным данным).
2.8Какое количество теплоты поглощается при нагревании 2,15 кг меди от
25 °С до 1000 °С, если молярная теплоемкость выражается уравнением Ср = 22,64 + 6,28·10-3 Т, Дж/(моль·К).
2.9 В калориметре смешали 50 г льда, взятого при 0 °С и 150 г воды, взятой при 50 °С. Определить конечную температуру, если удельная теплота плавления льда 334,7 Дж/г и удельная теплоемкость воды 4,184 Дж/(г·К).
2.10 Молярная теплоемкость кварца SiO2 выражается уравнением
Ср = (46,95 + 34,36·10-3 Т - 11,3·105 Т-2 ), Дж/(моль·К). Получить уравнение для вычисления теплоты, расходуемой на нагревание 1 кг кварца от Т1 до Т2.
2.11Рассчитать теплоемкость Мg(ОН)2 при 300 К по правилу Дюлонга и Пти в сочетании с правилом аддитивности. Сравнить с вычисленным по интерполяционному уравнению.
2.12Проверить правило Дюлонга и Пти для меди и цинка при 17 ºС, если для меди Ср = 0,3849 + 8,891·10-5 Т, Дж/(г·К);
4
для цинка Ср = 0,3795 + 18,58· 10-6 Т Дж/(г·К).
2.13Удельная теплоемкость твердой меди может быть рассчитана по уравнению Ср = 0,356+9,88·10-5 T, Дж /(г·К). Медь плавится при 1083 °С теплота плавления равна 179,9 Дж/г. К 1 кг меди, взятому при 150 °С, подведено 412 кДж. Какое количество меди расплавилось?
2.14Какое количество тепла необходимо для нагревания 100 г NO2 от температуры 300 °С до 1300 °С: а) при постоянном объеме б) при постоянном давлении. Теплоемкости определить по интерполяционному уравнению, используя табличные данные.
2.15Рассчитать молярную теплоемкость MgC12 по уравнению Дюлонга и Пти и по правилу аддитивности, сравнить с вычисленной по интерполяционному уравнению (по справочным данным). Т = 500 К.
2.16Вычислить истинную молярную теплоемкость при 500 К и среднюю молярную теплоемкость золота в интервале от 273 до 700 К.
2.17Рассчитать молярную теплоемкость СаО по интерполяционному уравнению и по уравнению Дюлонга и Пти. Необходимые данные взять из справочника. Т = 400 К.
2.18Истинная молярная теплоемкость серебра в интервале от 273 до 1234 К выражается уравнением Ср = 23,97 + 5,28·10-3 Т - 0,25·105 Т-2. Вычислить среднюю молярную теплоемкость Сp в интервале от 300 до 700 К.
2.19Рассчитать молярную теплоемкость AgBr по уравнению Дюлонга и Пти
ипо правилу аддитивности, сравнить с вычисленной по интерполяционному уравнению (по справочным данным). Т = 500 К.
2.20Молярная теплоемкость н-бутана выражается уравнением
С = (19,41 + 0,2335 Т), Дж/(моль·К). Рассчитать количество теплоты, необходимое для нагревания 2 моль от 25 до 300 °С при постоянном давлении.
Задача 3 3.1 При 100 °С 6 г О2 занимают объем 0,0035 м3 . Вычислить работу при
изотермическом расширении до объема 0,0045 м3
3.2. 2,1 л N2, взятого при 0 °С и 5,065·105 Па, расширяется изотермически до Р = 1,013·105 Па. Вычислить работу и поглощенное тепло.
3.3. 10 г азота, взятого при 17 °С, сжимается aдиабатически от 8 до 5 литров. Определить затраченную работу и конечную температуру. Теплоемкость рассчитать по классической теории теплоемкости газов.
5
3.4. Определить температуру и работу при адиабатическом сжатии 10 л |
N2 |
до 1/10 его первоначального объема, если начальная температура 26,8 °С |
и |
начальное давление 1,013 ·105 Н/м2. |
|
3.5. Определить работу адиабатического расширения моля одноатомного газа при падении температуры от 50 до 0 °С.
3.6. При |
25 °С и 10,13·105 Н/м2 8 г О2 расширяется |
адиабатно до |
Р = 1,013·105 Н/м2. Вычислить конечную температуру и работу, совершенную |
||
кислородом. |
|
|
3.7. Вычислить работу адиабатического расширения 1моль |
одноатомного |
|
идеального газа при понижении температуры от 100 до 25 °С .
3.8. Газ, занимающий объем 10 л при Т = 300 К и давлении 1013 гПа, адиабатически сжимается до объема 1 л. До какого значения при этом поднимется его температура и чему будет равна затраченная на сжатие работа, если: а) газ одноатомный, б) газ двухатомный?
3.9. Рассчитать максимальную работу, совершенную при изотермическом расширении 10 г гелия от 10 л до 50 л при 25 °С, гелий принять за идеальный газ .
3.10. Один моль идеального газа при 25 °С и 100 атм расширяется до 5 атм. Рассчитать: а) произведенную работу, б) поглощенную теплоту.
3.11. Рассчитать повышение температуры и конечное давление одного моля гелия, подвергнутого адиабатическому обратимому сжатию от 44,8 л при 0 °С до 22,4 л. Считать гелий идеальным газом.
3.12. Для адиабатического процесса вычислить работу, произведенную одним молем азота при нагревании от 300 до 500 °С. Определить конечный объем газа, если начальный объем составлял 24,6 л, начальное давление 1013 гПа, а конечное давление 5065 гПа.
3.13. При 10 °С 10 г кислорода сжимаются адиабатно от 8 до 5 л. Определить конечную температуру, затраченную paбoтy, изменение внутренней энергии и изменение энтальпии.
3.14. Определить работу изотермического обратимого расширения 3 моль аргона от 0,05 до 0,50 м3. Начальная температура газа 298 К.
6
3.15. При 273 К и 1,0133·105 Па 5·10-3 м3 криптона нагревают до 873 К при постоянном объеме. Определите конечное давление газа и теплоту, затраченную на нагревание.
3.16 Вычислить работу расширения при нагревании 2 г воздуха от 0 до 1 °С при P = 1,013·105 Па.
3.17 При 298 К 1 г кислорода сжимается адиабатически от 8·10-3 до 5·10-3 м3. Определить конечную температуру, работу процесса сжатия, изменение энтальпии.
3.18. В резервуаре при 298 К находится неизвестный газ. Предполагается, что это аргон или азот. При внезапном расширении 5·I0-3 м3 этого газа до обьема 6·10-3 м3 его температура снизилась примерно на 20 °С. Какой газ - аргон или азот находится в резервуаре?
3.19Определить конечную температуру газов Ar, Н2 и Н2О, если при адиабатическом сжатии давление увеличить или объем уменьшить в 10 раз. Считать, что газы находятся в идеальном состоянии, Т = 298 К.
3.20В сосуде при 273 К и 1,01·105 Па находится 1,0·103 моль одноатомного газа в идеальном состоянии. Рассчитать конечную температуру, давление газа и работу процесса расширения газа до объема в два раза превышающего первоначальный: а) при медленном изотермическом расширении в цилиндре с поршнем, двигающимся без трения б) при адиабатическом расширении в аналогичных условиях.
Задача 4
4.1В резервуаре вместимостью 5·10-2 м3 при 200 К и давлении 0,5·105 Па
содержится азот. Определите теплоту, которую необходимо передать газу, при Т = const, чтобы его давление стало 2·I05 Па. Считать азот в указанных условиях идеальным газом.
4.2Рассчитать теплоту, необходимую для нагревания 3·103 моль NН3 от 273 до 473 К при постоянном давлении. Необходимые данные возьмите из справочника.
4.3При постоянном давлении 9,59·104 Н/м2 нагревают 5 м3 N2. Определить совершенную работу, если газ расширяется до 8 м3.
4.4Определить количество теплоты, необходимое для нагревания 5 г азота от
15 до 25 °С при постоянном объеме, предполагая, что N2 подчиняется законам идеального газа.
7
4.5Взято 0,5 м3 О2 при 20 °С и 986,4 гПа. После нагревания до 50 °С газ, расширяясь при постоянном давлении, занял объем 5 м3. Определить совершенную работу и затраченное тепло, если считать кислород идеальным газом.
4.6При 25 °С и 1,013·105 Н/м2 в сосуде находится 1кг N2. Вычислить ∆Н; ∆U и А при изобарном расширении до трехкратного объема.
4.7Найти теплоемкость и конечный объем при 200 °С 5 моль газа, занимающих при 100 °С объем 25 л, если на нагревание газа в указанном интервале температур затрачено 14,644 кДж при постоянном давлении.
4.8Газ, расширяясь от 10 до 16 л, при Р = 1,013·105 Н/м2 поглощает 126 Дж тепла. Определить изменение внутренней энергии.
4.9В цилиндрическом сосуде, закрытом невесомым поршнем, 1 м3 водорода находится при 0 °С. Внешнее давление 9,72·104 Па. Какое количество теплоты потребуется на нагревание водорода до 300 °С?
4.10Гремучий газ помещен в цилиндр с поршнем весом 5 кг. После взрыва поршень поднялся на 12 м и выделилось 334 Дж тепла. Определить изменение внутренней энергии.
4.11Смешано 4,03 г водорода и 32 г кислорода. Их удельные теплоемкости
Ср соответственно равны: 14,3 и 91,2 Дж/(г·К). Определить потерю тепла при охлаждении этой смеси на 20 °С при V = const.
4.12 Под давлением 1,013·10 Па и при 15 °С 25 л воздуха расширяется до 100 л. Определить работу и конечное давление газа.
4.13Определить количество теплоты и работу при изотермическом расширении азота, взятого при 26,8 °С и 9,32·104 Па, от 0,5 до 4,0 м3.
4.14Какой температуры можно достигнуть, если 1моль одноатомного; двухатомного; многоатомного газа при Т=298 К адиабатически сжать до 1/10 первоначального объема?
4.15Определить сколько теплоты потребуется для нагревания 10 кг воды от 20 до 100 ºС, учитывая зависимость теплоемкости от температуры.
4.16Определить работу испарения 3 моль метанола при нормальной температуре кипения, Т = 337,5 К.
8
4.17Определить работу изотермического обратимого расширения 3 моль водяного пара от 0,5·105 до 0,2·105 Па при 350 К. Водяной пар при таких параметрах подчиняется законам идеального газа.
4.18Идеальный газ, занимающий объем 5·l0-3 м3 под давлением 2·105 Па при 290 К был нагрет при постоянном объеме и затем расширился изобарически. Работа расширения оказалась равной 200 Дж. Насколько нагрелся газ в изобарическом процессе?
4.19Вычислить изменение энтальпии при нагревании AgCI от 300 до 900 К при стандартном давлении. При 728 К происходит плавление AgC1, ∆Н при температуре плавления 13,21 кДж/моль. Зависимость теплоемкости твердого AgCI от температуры возьмите из справочника. Теплоемкость жидкого AgCI в интервале температур от 728 до 1000 К остается практически постоянной и равной 66,99 Дж/(моль·К).
4.20Рассчитать изменение энтальпии при нагревании 2 кг о-Si02 от 298 до 800 К, если зависимость теплоемкости от температуры выражается уравнением: Ср = 46,94 + 34,31·10-3 Т - 11,3·105 /Т2, Дж/(моль·К).
Задача 5 (при решении использовать приложение А2)
5.1Вычислите∆Нобр ацетиленаизтеплотсгоранияиизэнергийсвязей.
5.2Определить∆Н°298обр этилена, пользуясьэнергиямисвязей. Результатысравнить с полученнымиизтеплотсгорания.
5.3Найти по энергиям связей стандартную теплоту образования продукта реакции, протекающей в газовой фазе при 298 К
СзН6 (газ) + Н2О (газ) = изо-СзН7ОН (газ). Определите теплоту реакции любым другимспособом.
5.4Найти ∆H°298обр формальдегида по энергиям связей.
5.5Вычислить стандартную теплоту образования метиламина по энергиям связей.
5.6Вычислить по энергиям связей теплоту реакции, протекающей при 25 °С в стандартных условиях С2Н4 (газ) + Н2О (газ) = С2Н5 ОН(газ).
5.7Найти молярную теплоту разложения перекиси водорода на кислород и водунаоснованииследующихданных:
SnCl2 + 2 НС1 + 1/2 О2 = SnCl4 + Н2О; |
∆Н = -296,6 кДж/моль. |
SnCI2 + 2 НС1 + Н2О2 = SnCl4 + 2 Н2О; |
∆Н = -393,6 кДж/моль |
9
5.8 Определитьтепловойэффектреакции NH3(raз) + НС1(газ) +aq = NH4Cl(aq) +∆H, еслиизвестнытеплотыреакций:
NH3(raз) + НС1(газ) = NH4Cl(тв) ; ∆Н = - 176,92 кДж/моль; NH4CI (тв) + aq = NH4Cl(aq) ; ∆Н = 16,32 кДж/моль.
5.9Вычислитьстандартнуютеплотуобразованияацетальдегидаизэнергийсвязей.
5.10Найти тепловой эффект реакции при 25 °С по энергиям связей
СН3СНО(газ) + Н2 = С2Н5ОН(газ)
5.11 Теплота образования Fe2O3 составляет - 82,3 кДж/моль, теплота образования А12О3 равна -1675,0 кДж/моль. Рассчитать тепловой эффект реакции восстановления 1 моль Fe2O3 металлическим алюминием.
5.12 Определить теплоту реакции СН4 + СО2 = 2 СО + 2 Н2 в расчете на 100
м3 образовавшегося водорода, если для метана ∆Hобр = -75 кДж/моль.
С + 1/2 О2 = СО + ∆Н (-110 кДж/моль). ∆Нс сгор = - 394,0 кДж/моль.
5.13 Определить сколько тепла нужно затратить на разложение 5 кг Na2CO3, протекающее по уравнению Na2C03 = Na20 + СО2, на основании следующих данных: Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + СО2 + 81,1кДж/моль;
Na2O + SiO2 = Na2SiO3 - 243,2 кДж/моль .
5.14Найти стандартную теплоту реакции дегидрирования газообразного этилового спирта до ацетальдегида по энергиям связей.
5.15Определите теплоту образования из простых веществ при стандартных условиях жидкого бензола. Данные о теплотах сгорания взять в справочнике.
5.16Определите теплоту образования As2O3 из простых веществ при 298 К и стандартном давлении, если известны следующие термохимические уравнения:
As2O3 + 3 Н2О(ж) + Н2О(изб) = 2 H3AsO3 (раств) + 31,61 кДж; As + 3/2 С12 = AsCl3 (газ) - 298,90 кДж;
AsCl3(газ) + 3 Н2О(ж) + Н2О(изб) = H3AsO3(раств) + 3 HCl(paств) - 73,60 кДж; 1/2 Н2 + 1/2 С12 = НС1 (газ) + 92,37 кДж;
НС1(газ) + Н2Оизб = НСl (раств) - 72,49 к Дж; Н2 + 1/2 О2 = Н2Ож - 285,84 кДж.
5.17 |
Рассчитать стандартную теплоту образования |
метана, пользуясь |
энергиями связей. |
|
|
5.18 |
Определите стандартную теплоту образования |
метилацетилена, |
пользуясь энергиями связей. |
|
|
10