Контрольно-семестровая работа студентов
по дисциплине “Физическая химия
Направление: 241000.62 “ Энерго и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии”
Профиль: “Машины и аппараты химических производств”
МЕХАНИКО - МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙфакультет
заочная форма обучения
(полная программа обучения)
Самостоятельная работа студентов в данном семестре включает в себя выполнение семестрового задания состоящего из четырех задач (задание № 1 “Термодинамика химических реакций”, № 2 Расчет теплоты испарения и давлений насыщенного пара индивидуальных веществ, № 3
Расчет термодинамических характеристик химической реакции, проходящей в гальваническом элементе, № 4 Расчет кинетических характеристик химических реакций).
Многовариантные семестровые задания
Задание № 1. “Термодинамика химических реакций ”
Для химической реакции заданного варианта (табл. 6.1):
1)вывести аналитическую зависимость изменения теплоемкости от температуры ∆Ср = f(T), рассчитать 
∆Ср при 5 температурах (К): 298, указанной в таблице температуре Т и трех температурах, взятых из интервала (298÷Т); по полученным данным построить график зависимости ∆Ср = f(T);
2) рассчитать: изменение энтальпии (тепловой эффект реакции при Р = const) по теплоте образования веществ, изменение энтропии, изменение свободной энергии Гиббса при стандартных условиях (∆Но298, ∆Sо298, ∆Gо298);
3) вывести аналитическую зависимость изменения энтальпии от температуры ∆Нот = f(Т), рассчитать изменение энтальпии при тех же температурах, которые указаны в п. 1, построить график зависимости ∆Нот = f(Т);
4) вывести аналитические зависимости ∆S0т = f(T); ∆G0т= f (T)рассчитать ∆S0т; ∆G0т при заданных температурах;
5) рассчитать константу равновесия (Ко) при температуре 298 К и при заданной температуре Т.
На основании проведенных расчетов сделать следующие выводы:
1) о том, какая это реакция – экзо- или эндотермическая (выделяется или поглощается теплота при прохождении реакции);
2) о том, как влияет температура на тепловой эффект реакции;
3) о том в каком интервале температур реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении;
4) о том, в какую сторону смещено химическое равновесие;
5) о том, как влияет температура на положение равновесия;
6) о том, как влияет давление на положение равновесия.
Выводы должны быть обоснованы с привлечением соответствующих законов.
При расчетах должно быть учтено фазовое состояние веществ, участвующих в химической реакции (фазовое состояние отдельных веществ указано в табл. 6.1), остальные вещества принять находящимися в газообразном или жидком состоянии).
Таблица 6.1
| Вариант | Химическая реакция | Варианты ключевых температур (Т, К) | ||
| H2 + F2 = 2 HF | ||||
| H2 + Cl2 = 2 HCl | ||||
| H2 + Br2 = 2 HBr | ||||
| H2 + I2 = 2 HI | ||||
| 2 H2 + O2 = 2 H2O | ||||
| 2 CO + O2 = 2 CO2 | ||||
| CO + Cl2 = COCl2 | ||||
| C(графит) + S2 = CS2 | ||||
| N2 + O2 = 2 NO | ||||
| 2 NO2 = 2 NO + O2 | ||||
| N2 + 3 H2 = 2 NH3 | ||||
| S2 + 2 O2 = 2 SO2 | ||||
| 2 SO2 + O2 = 2 SO3 | ||||
| 2 H2 + S2 = 2 H2S | ||||
| PCl3 + Cl2 = PCl5 | ||||
| C(графит)+ 2 H2 = CH4 | ||||
| С2H2 + H2 = C2H4 | ||||
| C3H6 + H2 = C3H8 пропен пропан | ||||
| C4H8 = C4H6 + H2 1-бутен 1,2-бутадиен | ||||
| C4H8 + H2 = C4H10 1-бутен бутан | ||||
| C6H6 + 3 H2 = C6H12 бензол циклогексан | ||||
| CO + 2 H2 = CH3OH метанол | ||||
| CH2O + H2 = CH3OH формальдегид метанол | ||||
| CHCl3 + Cl2 = = CCl4 + + HCl | ||||
| CH3Cl + 2 Cl2 = = CHCl3 + 2 HCl |
Задание № 2 Расчет теплоты испарения и давлений насыщенного пара индивидуальных веществ
Рассчитать теплоту испарения вещества и его давление насыщенного пара при температуре Т3, если известны давления насыщенного пара Р1 и Р2 при температурах Т1 и Т2, соответственно (табл. 6.2).
Таблица 6.2
| Вариант | Т1, К | Р1, Па | Т2, К | Р2, Па | Т3, К |
| 272,2 | 533,2 | 283,2 | 982,0 | 300,0 | |
| 275,2 | 656,0 | 288,3 | 1610,0 | 315,0 | |
| 260,0 | 23327,0 | 270,0 | 31860,0 | 290,0 | |
| 265,0 | 27190,0 | 278,0 | 40290,0 | 345,0 | |
| 60,0 | 12663,0 | 69,0 | 31992,0 | 75,0 | |
| 105,0 | 17329,0 | 112,0 | 29653,0 | 120,0 | |
| 114,0 | 34738,0 | 116,0 | 46435,0 | 110,0 | |
| 273,2 | 4786,0 | 298,2 | 12697,0 | 285,0 | |
| 282,5 | 6665,0 | 306,7 | 16396,0 | 300,0 | |
| 312,5 | 18929,0 | 316,5 | 21328,0 | 325,0 | |
| 190,0 | 31192,0 | 200,0 | 46655,0 | 220,0 | |
| 196,0 | 38657,0 | 215,0 | 69476,0 | 235,0 | |
| 207,0 | 55986,0 | 221,0 | 77314,0 | 240,0 | |
| 220,0 | 648480,0 | 239,0 | 1005114,0 | 270,0 | |
| 212,0 | 592751,0 | 223,0 | 674824,0 | 300,0 | |
| 223,0 | 674824,0 | 241,0 | 1065237,0 | 290,0 | |
| 277,2 | 1826,0 | 281,4 | 2372,0 | 350,0 | |
| 285,2 | 2932,0 | 288,7 | 3279,0 | 340,0 | |
| 236,0 | 63315,0 | 249,0 | 86645,0 | 295,0 | |
| 246,0 | 78647,0 | 252,5 | 96942,0 | 310,0 | |
| 1832,0 | 187,0 | 1905,0 | 387,0 | 2050,0 | |
| 1956,0 | 573,0 | 2040,0 | 973,0 | 2100,0 | |
| 303,0 | 37724,0 | 311,0 | 51729,0 | 400,0 | |
| 293,0 | 26660,0 | 316,0 | 63317,0 | 370,0 |
Задание № 3 Расчет термодинамических характеристик химической реакции, проходящей в гальваническом элементе
Для реакции, протекающей обратимо в гальваническом элементе, дано уравнение зависимости Э.Д.С. от температуры (табл. 6.3). При заданной температуре Т вычислите Э.Д.С. Е, изменение энергии Гиббса ΔG, изменение энтальпии ΔН, изменение энтропии ΔS, изменение энергии Гельмгольца ΔF (ΔA) и теплоту Q, выделяющуюся или поглощающуюся в этом процессе (указать, выделяется или поглощается теплота при работе рассматриваемого гальванического элемента). Расчет производится для 1 моль реагирующего вещества.
Таблица 6.3
| Вариант | Реакция | Уравнение Е = f(T) | Температура Т, К |
| C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2 e | Е = 0,6990 – 7,4·10-4(Т – 298) | ||
| C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2 e | Е= 0,6990 – 7,4·10-4(Т – 298) | ||
| C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2 e | E = 0,6990 – 7,4·10-4(T – 298) | ||
| C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2 e | E = 0,6990 – 7,4·10-4(T – 298) | ||
| Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag | E = 1,25 – 4,02·10-4 · Т | ||
| Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag | E = 1,25 – 4,02·10-4 · Т | ||
| Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag | E = 1,25 – 4,02·10-4 · Т | ||
| Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag | E = 1,25 – 4,02·10-4 · Т | ||
| Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg | E =1,4328 – 1,19·10-3(T – 298) | ||
| Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg | E = 1,4328– 1,19·10-3(T – 298) | ||
| Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg | E =1,4328 – 1,19·10-3(T – 298) | ||
| Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg | E =1,4328 – 1,19·10-3(T – 298) | ||
| Ag + Cl- = AgCl | Е = 0,2224 – 6,4·10-4(Т – 298) | ||
| Ag + Cl- = AgCl | Е = 0,2224 – 6,4·10-4(Т – 298) | ||
| Ag + Cl- = AgCl | Е = 0,2224 – 6,4·10-4(Т – 298) | ||
| Ag + Cl- = AgCl | Е = 0,2224 – 6,4·10-4(Т – 298) | ||
| Cd + Hg2SO4 = = CdSO4 + 2Hg | Е =1,0183 – 4,06·10-5(T – 293) | ||
| Cd + Hg2SO4 = = CdSO4 + 2Hg | Е =1,0183 – 4,06·10-5(T – 293) | ||
| Cd + Hg2SO4 = = CdSO4 + 2Hg | Е =1,0183 – 4,06·10-5(T – 293) | ||
| Cd + Hg2SO4 = = CdSO4 + 2Hg | Е =1,0183 – 4,06·10-5(T – 293) | ||
| Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag | E = 0,869 – 6,5·10-4 ·T | ||
| Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag | E = 0,869 – 6,5·10-4 ·T | ||
| Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag | E = 0,869 – 6,5·10-4 ·T | ||
| Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag | E = 0,869 – 6,5·10-4 ·T |
Задание № 4 Расчет кинетических характеристик химических реакций
По значениям констант скоростей К1 и К2 при двух температурах Т1 и Т2, представленных в табл. 6.5, определить: энергию активации указанной реакции; константу скорости реакции при температуре Т3; температурный коэффициент константы скорости реакции; установить подчиненность данной реакции правилу Вант-Гоффа; рассчитать концентрацию реагентов и израсходованное количество вещества за время t, если исходная концентрация равна с о (табл. 6.4); период полураспада.
Принять, что порядок реакции и молекулярность совпадают.
Таблица 6.4
| Вари-ант | Реакция | К1 | К2 | Т1, К | Т2, К | Т3, К | Время t, мин | С0,моль/л |
| H2+Br2®2HBr | 0,0856 | 0,00036 | 574,2 | 497,2 | 483,0 | 0,03 | ||
| H2+Br2®2HBr | 0,0159 | 0,0026 | 550,0 | 524,0 | 568,0 | 0,10 | ||
| H2+I2®2HI | 0,00146 | 0,0568 | 599,0 | 672,0 | 648,0 | 1,83 | ||
| H2+I2®2HI | 0,0859 | 0,375 | 683,0 | 716,0 | 693,0 | 1,83 | ||
| 2HI®H2+I2 | 9,42*10-7 | 0,0031 | 456,0 | 700,0 | 923,0 | 2,38 | ||
| 2HI®H2+I2 | 8,09*10-5 | 0,1259 | 628,0 | 780,0 | 976,0 | 1,87 | ||
| 2NO®N2+O2 | 1526,0 | 1251,0 | 1423,0 | 2,83 | ||||
| 2N2O®2N2+O2 | 6,72 | 986,0 | 1165,0 | 1059,0 | 1,75 | |||
| N2O5®N2O4+1/2O2 | 0,00203 | 0,000475 | 298,0 | 288,0 | 338,0 | 0,93 | ||
| PH3®P+3/2H2 | 0,0183 | 0,0038 | 953,0 | 918,0 | 988,0 | 0,87 | ||
| SOCl2®SO2+Cl2 | 6,09*10-5 | 0,00132 | 552,0 | 593,0 | 688,0 | 2,50 | ||
| C2H5ONa+C2H5I® C2H5OC2H5+NaI | 1,0 | 7,15 | 283,0 | 305,0 | 383,0 | 1,67 | ||
| Вари-ант | Реакция | К1 | К2 | Т1, К | Т2, К | Т3, К | Время t, мин | С0,моль/л |
| CO+H2O®CO2+H2 | 0,00032 | 0,00815 | 288,0 | 313,0 | 303,0 | 3,85 | ||
| COCl2®CO+Cl2 | 0,0052 | 0,00676 | 655,0 | 745,0 | 698,0 | 104,5 | 0,80 | |
| C2H5ONa+CH3I® C2H5OCH3+NaI | 0,0336 | 2,125 | 273,0 | 303,0 | 288,0 | 0,87 | ||
| CH2OHCH2Cl+KOH®CH2OHCH2OH + +KCl | 0,68 | 5,23 | 298,0 | 317,0 | 303,0 | 0,96 | ||
| CH2ClCOOH+H2O®CH2OHCOOH+ + HCl | 2,22*10-5 | 0,00237 | 353,0 | 403,0 | 423,0 | 0,50 | ||
| CH3CO2C2H5+NaOH®CH3CO2Na + +C2H5OH | 2,306 | 21,65 | 282,0 | 318,0 | 343,0 | 0,95 | ||
| CH3CO2CH3+H2O ® CH3COOH+CH3OH | 0,029 | 1,04 | 273,0 | 298,0 | 285,0 | 3,89 | ||
| C6H5CH2Br + + C2H5OH® C6H5CH2OC2H5+ + HBr | 1,44 | 2,01 | 298,0 | 338,0 | 318,0 | 2,67 | ||
| C12H22O11+H2O® C6H12O6+C6H12O6 | 0,765 | 36,5 | 298,0 | 328,0 | 313,0 | 2,60 | ||
| Вари-ант | Реакция | К1 | К2 | Т1, К | Т2, К | Т3, К | Время t, мин | С0,моль/л |
| CH3C6H4N2Cl+H2O® CH3C6H4OH + +N2+HCl | 0,0066 | 0,165 | 298,0 | 313,0 | 353,0 | 0,65 | ||
| NaBO3+H2O® NaH2BO3+1/2O2 | 0,00125 | 0,105 | 288,0 | 313,0 | 365,0 | 1,55 | ||
| 2H2O2®H2O+1/2O2 | 0,125 | 5,88 | 273,0 | 298,0 | 303,0 | 1,58 | ||
| 2NCl3®N2+3/2Cl2 | 2,53 | 10,88 | 298,0 | 313,0 | 353,0 | 12,5 | 6,5 |
Примечание: размерности К – мин–1 (для реакций первого порядка);
л·моль–1 · мин–1 (для реакций второго порядка).