Вопросы к письменному экзамену по физической химии в группах
ХД – 5;6;7
Билет включает в себя 5 вопросов, из них 2 задачи. Все ответы на вопросы должны быть даны без сокращений в словах. Ответы с сокращенными словами рассматриваются как НЕВЕРНЫЕ! Студенты, не имеющие вычислительной техники и полного конспекта по физической химии к экзамену НЕ ДОПУСКАЮТСЯ!
Мобильные телефоны сдаются старосте.
1) Математическая формулировка Ӏ, ӀӀ, ӀӀӀ, законов термодинамики.
2) Условия химического и фазового равновесия, выраженные через энергию Гиббса и химические потенциалы (примеры фазовых равновесий).
3) Фазовые равновесия в технологии ИЗОС.
4) Основные понятия фазового равновесия (фаза, число независимых компонентов, число степеней свободы).
5) Правило фаз Гиббса.
6) Диаграмма состояния воды. Фазовый анализ с помощью уравнения Клазиуса – Клапейрона.
7) Вывод уравнения Клазиуса – Клапейрона. Частное решение. Экспериментальное определение теплоты фазового перехода.
8) Двухкомпонентные системы. Способы выражения концентраций.
9) Термодинамические модели растворов (идеальный, неидеальный, предельно-разбавленный). Химический потенциал компонентов таких растворов.
10) Диаграмма состояния кристаллизирующихся систем с эвтектикой.
11) Практические задачи, вытекающие из диаграммы плавкости.
12) Понижение давления пара над раствором не летучего вещества.
13) Повышение температуры кипения растворителя.
14) Зависимость растворимости кристаллических веществ от температуры. Расчет линии ликвидуса. Расчет энтальпии плавления (кристаллизации).
15) Теоретический процесс разделения раствора кристаллизирующихся веществ на компоненты. Материальные балансы.
16) Зависимость парциального давления от состава раствора. Закон Рауля.
17) Соотношение между концентрациями паровой и жидкой фаз, в системах с неограниченной взаимной растворимостью компонентов (расчет в идеальных системах, графики для неидеальных систем).
18) Законы Коновалова.
19) Принципы простой перегонки и ректификации (разделение раствора на компоненты). Материальные балансы.
20) Азеотропные смеси. Законы Вревского.
21) Равновесие жидкость-пар в трехфазных системах. Взаимно – нерастворимые жидкости. Перегонка с водяным паром.
22) Расчет расхода водяного пара для очистки высоко кипящего компонента.
23) Ограниченная растворимость в системах жидкость - жидкость.
24) Коллигативные свойства растворов.
25) Особенности растворов электролитов.
26) Основные характеристики растворов электролитов (α, КД, i, КВ, рН, рОН, ПР). Законы разбавления Оствальда.
27) Коэффициент активности в растворах сильных электролитов. Средне ионный коэффициент активности.
28) Методы расчета среднеионного коэффициента активности.
29) Абсорбция. Закон Генри. Влияние температуры и примесей в абсорбенте.
30) Адсорбция. Расчет. Адсорбенты.
31) Материальные балансы во всех процессах.
32) Мембранное равновесие. Осмотическое давление. Концентрирование растворов.
Задачи и примеры, рассмотренные на лекциях и в расчетных работах.
Типовые задачи по физической химии в группе 3 – ХД – 5;6;7
1) Дано: Приготовлен раствор ПВС в воде из 100 кг ПВС и 1000 кг Н2О. МПВС = 100000; а плотность раствора 900 кг/м3. Определить: массовую и мольную долю ПВС в растворе, молярность раствора.
Решение:
| ПВС МПВС=105 | Раствор d=900 кг/м3 | Растворитель (вода) МН2О=18 |
| m2=100 кг n2= 100*103(г)/100000= = 1 моль. | m=100+1000=1100 кг V=m/d = 1100/900= = 1,22 м3. | m1=1000 кг n1=1000*103(г)/18= = 55556 моль. |
ωПВС= m2/m1+m2= 100/1100
χПВС=n2/ n1+ n2=100/100+55556
С=n2/ V=1 моль/1,22*ω3(л)
2) Дано: Определили давление пара над твердым веществом (возгонка) Р1=50 кПа; Р2=70 кПа при температурах t1=50̊С, t2=70̊С. Рассчитать энтальпию возгонки.
3) Дано: Определили давление пара над твердым веществом (возгонка) Р1=50 кПа; Р2=70 кПа при температурах t1=50̊С, t2=70̊С. Рассчитать энтальпию испарения.
4) Дано: Парциальные давления газов над раствором Р1 и Р2 при концентрациях раствора х1 и х2. Рассчитать константу Генри, можно ли считать эти растворы предельно разбавленными (γ=1)?
5) Дано: Концентрация раствора (например К4[Fe(CN)6]) равна С,Т=298 К. Рассчитать осмотическое давление.
6) Дано: В аппарате, действующем по принципу обратного осмоса, создано давление равное Р. Определить, какую концентрацию раствора можно получить при этом давлении.
7) Дано: Представлены в виде таблицы данные tкп,x,y, заданы концентрации хн,хк,хд, расход Gн (моль). Определить ЧТТ, Gк, Gд.
8) Дано: Представлены в виде таблицы данные tкп,x,y, заданы концентрации хн,хк,хд, расход Gн (моль). Определить: растворы с какими концентрациями можно получить в результате ректификации, материальный баланс, число степеней в точке азеотропа.
9) Дано: Диаграмма состояния t=f(x,y) и концентрация раствора xн. Определить состав пара при кипении этого раствора.
10) Дано: Приведена диаграмма состояния ограниченно растворимых жидкостей. Определить:
- концентрации и температуры в точках ВКТР и НКТР;
- число степеней свободы в этих точках;
- число степеней свободы при Т=const внутри бинодали.
11) Дано: Диаграмма состояния с эвтектикой. Определить:
- число степеней свободы в точке эвтектики, на линиях ликвидуса;
- изобразить на диаграмме процесс разделения разбавленного раствора на компоненты;
- заданы концентрации насыщенных растворов х1 и х2 при температурах Т1 и Т2; вычислить теплоту плавления (кристаллизации);
- рассчитать материальные балансы при вымораживании растворителя; выпарке и кристаллизации.
12) Дано: понижение температуры замерзания растворителя ʌtз при концентрации раствора m моль (1000 т растворителя). Рассчитать: дислоцированы или ассоциированы молекулы растворенного вещества.
13) Дано: раствор электролита типа (1-2) при моляльности m. Рассчитать: температуры замерзания и кипения водного раствора.
14) Дано: формула слабого электролита (например N2 H5 OH), степень диссоциации α при моляльности m. Определить: понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения.
15) Дано: Формула электролита и моляльность раствора m. Рассчитать: средний ионный коэффициент активности.
16) Дано: в отстойник попало мало растворимое соединение (например PbCl2) c заданным ПР. Определить: как и на сколько можно снизить концентрацию вредного иона.
17) Дано: задан слабый электролит при концентрации С (моль/л) и рН раствора. Рассчитать: степень диссоциации.
Литература
1. Гребенников С.Ф. и др. Физическая и коллоидная химия процессов защиты и реабилитации объектов окружающей среды. СПб.: 2010 г.
2. Гребенников С.Ф. Физико – химические основы ИЗОС.
3. Родионов А.И. и др. Техника защиты окружающей среды.
4. Физическая химия (любой учебник).
5. Гребенников С.Ф., Кынин А.Т., Ивахнюк Г.К. – Теоретические основы расчета локальных средств защиты окружающей среды. СПб, 2004 г.