фз-хим / Задания для практических занятий
.docТаблица 3
№ варианта |
Т1 |
а |
b |
c |
1 |
388 |
55 |
81 |
19 |
2 |
398 |
60 |
61,2 |
38,8 |
3 |
383 |
65 |
67,4 |
32,6 |
4 |
372 |
50 |
15,8 |
84,2 |
5 |
368 |
50 |
19,6 |
80,4 |
6 |
365 |
35 |
68,8 |
31,2 |
7 |
367 |
25 |
6,4 |
93,6 |
8 |
317 |
25 |
30,4 |
69,6 |
9 |
333 |
25 |
27,1 |
72,9 |
10 |
331 |
80 |
62,2 |
37,8 |
11 |
335 |
10 |
43,6 |
56,4 |
12 |
345 |
75 |
64 |
36 |
13 |
329 |
60 |
73 |
27 |
14 |
334,5 |
55 |
37,2 |
62,8 |
15 |
336 |
55 |
37,2 |
62,8 |
16 |
365 |
80 |
93 |
7 |
17 |
325 |
65 |
54,2 |
45,8 |
18 |
350,5 |
75 |
65,5 |
34,5 |
19 |
390 |
65 |
54,2 |
45,8 |
20 |
330,3 |
25 |
55,5 |
44,5 |
21 |
343 |
25 |
36,8 |
63,2 |
22 |
345,5 |
25 |
52,7 |
47,3 |
23 |
377 |
80 |
83,4 |
16,6 |
24 |
320 |
25 |
50,5 |
49,5 |
25 |
339 |
25 |
50,5 |
49,5 |
Методические указания к выполнению задач
Задача №1
1. Тепловой эффект химической реакции изобарного процесса можно определить на основании первого следствия из закона Гесса описываемого уравнением:
, (1)
где -стехиометрический коэффициент;
, - суммы стандартных тепловых эффектов образования конечных и исходных веществ реакции;
- тепловой эффект образования веществ из простых веществ в стандартных условиях при температуре 298 К. За стандартные условия принято состояние вещества в чистом виде при атмосферном давлении. Стандартное состояние вещества обозначается верхним индексом "0".
При расчете тепловых эффектов химических реакций при заданной температуре можно воспользоваться приводимыми в таблицах средними значениями теплоемкостей в температурном интервале от 298 до Т:
, (2)
где - изменение теплоемкости в ходе химической реакции;
, (3)
, - суммы теплоемкостей конечных и исходных веществ.
2. В химической технологии о направлении процесса и равновесии в системе при постоянных давлении и температуре судят по энергии Гиббса. Энергия Гиббса системы при постоянных р и Т уменьшается при необратимых процессах и остается постоянной при обратимых процессах . Равновесное состояние системы соответствует минимуму энергии Гиббса, поэтому условием равновесия при постоянных р и Т будет .
При уменьшении энергии Гиббса химическая реакция протекает самопроизвольно в сторону образования продуктов. В случае увеличения энергии Гиббса, , реакция самопроизвольно идти не может.
Изменение энергии Гиббса реакции определим по уравнению:
, (4)
где , - изменение энергии Гиббса при температуре Т и 298 К соответственно, Дж/(моль∙К);
- изменение энтропии процесса, Дж/(моль∙К).
Для химической реакции изменение энтропии рассчитывают по уравнению:
, (5)
где , - суммы абсолютных энтропий конечных и исходных веществ.
Изменение энергии Гиббса при стандартном состоянии вещества можно определить по уравнению:
, (6)
где , - суммы энергий Гиббса образования для конечных и исходных веществ, Дж/(моль∙К).
3. Расчет энергии Гиббса, , для реакции при стандартном состоянии и 298 К:
, (7)
где - энтальпия реакции при стандартных условиях и 298 К, Дж/(моль∙К);
- энтропия химической реакции при стандартных условиях и 298 К, Дж/(моль∙К).
Энтальпию и энтропию химической реакции можно определить на основании уравнений (1) и (5) соответственно.
Константу равновесия, , определяем по уравнению:
, (8)
где - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль∙К).
Задача №2
1. По данным состава жидкой и паровой фаз строится график состава пара от состава жидкой фазы при постоянном давлении. По оси абсцисс откладывается молярная доля компонента А в жидкой фазе, а по оси ординат - в паровой фазе в одинаковом масштабе.
2. При построении диаграммы по оси абсцисс откладывается молярная доля компонента А от 0 % до 100 %, а в обратном направлении откладывается, соответственно, компонент В. По оси ординат отмечается температура смеси.
3. На оси абсцисс, в соответствии с вариантом задания, находим точку с молярной долей а % вещества А. Из найденной точки проводим вертикальную линию до пересечения с изотермой кипения системы А-В. Из точки пересечения соединяем горизонтальной линией с осью ординат и определяет температуру кипения системы.
4. На диаграмме, построенной в п. 2, проводим горизонтальную линию соответствующую температуре Т1 варианта задания. В точке пересечения с изотермой пара определяем состав пара, находящегося в равновесии с жидкой фазой.
5. По диаграмме кипения системы А-В определяем имеется ли на диаграмме азеотропная точка и какой компонент можно выделить из системы.
Сначала рассчитаем количество молей в 1 кг исходной системы. Для этого определим среднюю молекулярную массу исходного раствора с молярной долей а % вещества А:
,
где МА, МВ - молекулярная масса вещества А и В.
В 1 кг раствора содержится моль. В 1 кг раствора находится моль компонента А и моль компонента В.
Предположим, что имеется азеотропная точка и данный состав находится справа от этой точки и выделить ректификацией в чистом виде можно только компонент А. Весь компонент В в количестве перейдет в азеотропную смесь с молярным содержанием с % определяемым по диаграмме кипения. Молярная доля с % определяется как равновесное состояние пара соответствующей молярной доли а % в жидкости. Остальные % в азеотропном растворе составит компонент А:
Следовательно, в азеотропную смесь перейдет х моль компонента А, а в чистом виде можно выделить моль, или
кг компонента А.
Литература:
1. Барон, Н. М. Краткий справочник физико-химических величин/ Н. М. Барон, А. М. Пономарева, А. А. Равдель и др. - СПб.: Изд-во "Иван Федеров", 2003 - 240с.
2. Ипполитов, Е.Г. Физическая химия: учебник/ Е. Г. Ипполитов, А. В. Артемов, В. В. Батраков. -М.:РИЦ "Академия", 2005.-448с.
3. Кудряшов, И. В. Сборник примеров и задач по физической химии/ И. В. Кудряшов, Г. С. Каретников -М.: Высшая школа, 1991.-527с.
4. Физическая химия: учеб. пособие для студ. всех спец. / Н. В. Архипова и др. - Саратов: СГТУ, 2009. - 160 с.
5. Стромберг, А. Г. Физическая химия: Учебник для вузов / Под ред. А. Г. Стромберга. - М.: Высш. шк., 2001. 527 с.
6. Практические работы по физической химии: Учеб. пособие для вузов / Под ред. К. П. Мищенко, А. А. Равделя, А. М. Пономаревой. - СПБ: Профессия, 2002. - 384 с.