Д. И. Менделеева расчётнографические работы по курсу " физическая химия" Москва 2018 Содержание Введение 3 Задание Первое начало термодинамики. Термохимия задание Второй закон
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПО КУРСУ “ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ” Москва 2018 Содержание Введение 3 Задание 1. Первое начало термодинамики. Термохимия ………………. 5 Задание 2. Второй закон термодинамики. Энтропия. Термодинамические потенциалы 9 Задание 3. Фазовое равновесие в однокомпонентных системах 11 Задание 4. Химическое равновесие 14 Задание 5. Термодинамика растворов. Расчёт термодинамических функций в двухкомпонентных системах 18 Задание 6. Равновесие “жидкость–пар” в двухкомпонентных системах неограниченно смешивающихся жидкостей 20 Литература 24 ВВЕДЕНИЕ Физическая химия – наука об общих закономерностях протекания химических процессов. Знание физической химии позволяет дать ответ на вопрос о принципиальной возможности, направлении, скорости протекания химического процесса и его конечном результате. Физическая химия является теоретической основой всех химических дисциплин и процессов химической технологии, даёт ключ к пониманию законов протекания и механизма химических превращений, и, тем самым, сознательному управления ходом химического процесса. Важным этапом изучения курса “Физическая химия” является овладение практическими навыками физико-химических расчетов. В данном пособии в виде ряда вопросов и заданий предлагаются расчетно-графические работы, которые студенты ЗДО должны выполнить и представить для проверки в установленные сроки в соответствии с рабочим планом по курсу Физическая химия с тем, чтобы быть допущенными к сдаче экзамена. За каждым студентом закрепляется определенный вариант. Для установления номера варианта используйте номер Вашего студенческого билета в соответствии со следующей схемой: - если последние две цифры номера студенческого билета или зачетной книжки меньше или равны 20, то они соответствуют номеру варианта; - если последние две цифры номера студенческого билета или зачетной книжки лежат в интервале от 20 до 40, то номер варианта рассчитывается следующим образом: № вар = (21  40) – 20. В интервале от 41 до 60 в соответствии со схемой: № вар = (41 60) – 40, в интервале от 61 до 80 как: № вар = (61 80) – 60, и, наконец, в интервале от 81 до 100 как: № вар = (81 100) – 80. Например, если номер зачетки заканчивается на 47, то номер варианта определяется так: 47 – 40 = 7.Исходные данные для выполнения предлагаемого варианта Вы найдете в таблицах, которые приведены в конце каждого задания. Для нахождения соответствующих справочных термодинамических данных и физико-химических констант, необходимых для осуществления количественных расчётов, рекомендуется воспользоваться справочником “Краткий справочник физико-химических величин” под ред. А. А. Равделя и А. М. Пономарёвой [1]. Если при выполнении того или иного задания у Вас возникают трудности, советуем обратиться к задачнику И. В. Кудряшова, Г. С. Каретникова “Сборник примеров и задач по физической химии” [2], в котором приводятся примеры решения задач и в сжатой форме дается необходимый теоретический материал. В конце каждого расчетно-графического задания Вы найдете ссылки на упражнения и задачи, которые рекомендуется разобрать, прежде чем приступить к выполнению соответствующего задания. При оформлении расчётно-графических работ следует выполнять следующие требования: - работа должна быть написана в тонкой тетради или оформлена в сброшюрованном виде на листах формата А4 разборчиво и аккуратно; - графики необходимо представлять на миллиметровой бумаге или в форматах “Excel” или “Origin”; - ответы на вопросы заданий надо приводить в той последовательности, в которой они поставлены; - ответы можно представлять в электронном виде; - на обложке тетради или титульном листе брошюры должны быть указаны: фамилия, имя и отчество, номер варианта и зачетки (студенческого билета). - возможно представление ответов в электронном виде (редактор Word); при этом должны соблюдаться правила, указанные выше. Решение каждого пункта задания следует доводить до конечного численного значения в тех единицах измерения, которые указаны в задании. Все используемые расчетные формулы необходимо указывать в тексте, в них подставляются соответствующие физико-химические величины и, затем, приводится полученный результат. Результаты вычислений следует представлять отдельной строкой. Список учебной литературы, рекомендуемой для освоения теорети-ческого материала по физической химии приведен в конце пособия. Вся терминология и все обозначения физико-химических величин, использу-емые в пособии, приведены в соответствии с рекомендациями ИЮПАК. ЗАДАНИЕ 1 Первое начало термодинамики. Термохимия 1. Напишите математическое выражение 1-го закона термодинамики для бесконечно малых и конечных изменений а) в открытой системе, б) в изолированной системе. 2. Дайте определение открытой, закрытой и изолированной системы 3. Термодинамические величины как функции состояния и функции процесса. Приведите примеры термодинамических величин каждой группы. Может ли значение функции процесса быть равным изменению функции состояния? В случае утвердительного ответа приведите примеры. 4. Приведите уравнения для расчета работы расширения идеального двухатомного газа в равновесных процессах, протекающих при: а)  , б)  , в)  5. Идеальный одноатомный газ провели через замкнутый обратимый трёхстадийный цикл, состоящий из изобарного, изотермического и изохорного процессов. Приведите схематическое изображение цикла в координатах  .6. Молярная теплоемкость вещества. Запишите эмпирические уравнения (степенные ряды), описывающие температурную зависимость изобарной теплоемкости для неорганических и органических веществ. 7. Приведите выражение для расчёта изохорной и изобарной молярной теплоёмкости а) идеального одноатомного газа, б) идеального двухатомного газа. 8. Запишите (в дифференциальной форме) уравнение зависимости молярной внутренней энергии и энтальпии вещества от температуры. 9. Дайте определение понятий стандартной теплоты образования и стандартной теплоты сгорания вещества. Приведите уравнения химических реакций, тепловые эффекты которых являются: а) теплотой образования вещества В, б) теплотой сгорания вещества В. 10. Сформулируйте закон Гесса и запишите следствия из закона Гесса. Дайте термодинамическое обоснование закона Гесса. 11. На основании табличных значений о теплоте образования  реагентов рассчитайте тепловой эффект  реакции А при стандартном давлении ( ) и  .Уравнение химической реакции А в общем виде (табл. 1):  12. Рассчитайте тепловой эффект  реакции А (табл. 1) при и . 13. Рассчитайте теплой эффект  реакции А при стандартном давлении ( ) и . Все реагенты находятся в состоянии идеального газа.14. Приведите уравнение, выражающее зависимость энтальпии (теплового эффекта) реакции А от температуры (уравнение Кирхгофа) в дифференциальной и интегральной формах. Определенное интегрирование проведите для случаев: а)  , б)  .15. На основании справочных данных составьте уравнение зависимости теплоемкости от температуры  для каждого из реагентов как газообразного вещества в виде :  , если вещество неорганическое, и  , если вещество органическое.16. Получите уравнение температурной зависимости сумм теплоёмкостей  для исходных реагирующих веществ  и для продуктов реакции  , принимая все реагенты газообразными веществами. Укажите интервал температур, в котором эти уравнения справедливы.17. Рассчитайте значения сумм теплоемкостей  при следующих температурах, T K: 298, 400, 500, 700, 800 и 1000. На основании полученных значений постройте график зависимости .18. Рассчитайте значения сумм теплоемкостей  при следующих температурах, T K: 298, 400, 500, 700, 800 и 1000. На основании полученных значений постройте график зависимости и нанесите его на ту же диаграмму, на которой представлена зависимость (п. 17).19. Определите графически величину  при 600 K.20. На основании аналитических зависимостей и получите уравнение зависимости  и рассчитайте при 600 K.21. Подставьте зависимость (п. 20) в дифференциальную форму уравнения Кирхгофа и сделайте неопределенное интегрирование полученного уравнения. Константу интегрирования определите на основании значения  (п. 9, реагенты находятся в газообразном состоянии).22. Запишите уравнение зависимости теплового эффекта реакции А от температуры (  и определите  при 600 K. Какой термодинамической величине соответствует эта производная?23. Рассчитайте тепловой эффект  реакции А при температурах, T K: 298, 400, 500, 700, 800 и 1000 и постройте график зависимости . 24. Определите графически производную при 600 K и сопоставьте ее с величиной, определённой в п. 22. Если Вы затрудняетесь выполнить это задание, то обратитесь к литературе [ 9 ], с. 42 – 66 №№ 5, 6, 16 (задачи с решениями). Таблица 1 Уравнение химической реакции А
|
