WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)» (СПбГТИ(ТУ))

Кафедра физической химии

С.Г Изотова, Е.Н. Смирнова, И.А. Черепкова

Физическая химия

с примерами решения задач

для бакалавров нехимических профилей подготовки заочной формы обучения Учебное пособие Санкт-Петербург 2013 УДК 544 Изотова С.Г. Физическая химия с примерами решения задач для бакалавров нехимических профилей подготовки заочной формы обучения: Учебное пособие / С.Г.Изотова, Е.Н.Смирнова, И.А.Черепкова. – СПб.: СПбГТИ(ТУ).

2013.- 98 с. : ил. - Библиогр.: с. 90. - Б. ц.

В учебном пособии представлены многовариантные контрольные задания для самостоятельной работы студентов и примеры решения типовых задач с использованием основных физико-химических уравнений. Задания охватывают разделы курса: химическая термодинамика, фазовые равновесия, химическая кинетика и электрохимические системы. Даны рекомендации для успешного освоения курса на практических занятиях и в лабораторном практикуме. По мере необходимости кратко изложены теоретические основы некоторых аспектов физической химии.

Учебное пособие предназначено для бакалавров нехимических профилей подготовки заочной формы обучения направлений подготовки 220100 – Системный анализ и управление, 220400 – Управление в технических системах, 220700 – Автоматизация технологических процессов и производств, 230100 – Информатика и вычислительная техника, 230700 – Прикладная информатика.

Ил. 31, табл.5. Библиогр. 10 названий.

Рецензенты:

Методические указания утверждены учебно-методической комиссией факультета химии веществ и материалов 21.02.2013.

Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ).

ВВЕДЕНИЕ

Курс физической химии принадлежит к числу общенаучных учебных дисциплин и является важной составляющей в подготовке бакалавров нехимических профилей очной и заочной форм обучения механического факультета и факультета информационных технологий и управления: – Системный анализ и управление, 220400 – Управление в технических системах, 220700 – Автоматизация технологических процессов и производств, 230100 – Информатика и вычислительная техника, 230700 – Прикладная информатика. Курс опирается на знание студентами основ химии, физики и математики в объеме программ обязательного среднего (полного) образования.





Целью изучения курса является формирование современного естественнонаучного мировоззрения, овладение базовыми знаниями в области физической химии, теории химических процессов и методов их анализа, развитие навыков самостоятельной работы, необходимых для применения химических знаний при изучении специальных дисциплин и дальнейшей практической деятельности.

В пособии представлены многовариантные контрольные задания с примерами решения типовых задач и необходимым теоретическим материалом, достаточным для их выполнения на практических занятиях и в ходе самостоятельной работы. Задания охватывают разделы курса:

химическая термодинамика, фазовые равновесия (диаграммы плавкости), химическая кинетика и электрохимические системы. Выбор индивидуального варианта контрольного задания осуществляется по последним двум цифрам зачетной книжки студента. В конце пособия приведены контрольные вопросы по разделам курса.

В результате изучения курса физической химии на практических занятиях, в лабораторном практикуме и в самостоятельной работе студенты получат совокупность знаний и умений, достаточных для изучения последующих общенаучных, профессиональных и специальных дисциплин и в дальнейшей практической деятельности.

Авторы выражают благодарность за проверку вычислений по типовым задачам – Изотовой Е.А. и за техническую помощь в оформлении пособия Олещенко В.

1 Многовариантные контрольные задания. Общие рекомендации Выполнение контрольных заданий является необходимым этапом самостоятельной работы студента при изучении дисциплины «Физическая химия». При их составлении использованы, переработаны или дополнены материалы многовариантных индивидуальных заданий студентов, накопленных за многолетнюю историю на кафедре физической химии СПбГТИ(ТУ) [5-7].

Бакалаврам нехимических профилей подготовки заочной формы обучения (220100 – Системный анализ и управление, 220400 – Управление в технических системах, 220700 – Автоматизация технологических процессов и производств) необходимо выполнить два контрольных задания, каждое из которых включает материал из двух разделов дисциплины.

К решению заданий следует приступать после усвоения теоретического материала по соответствующим разделам. Наиболее важными изданиями являются[1,2,4]:

Практические работы по физической химии / Под ред. К.П.Мищенко, А.А.Равделя, А.М.Пономаревой. – 5-е изд., перераб. – СПб: Профессия, 2002. – 384с.

Афанасьев Б.Н. Физическая химия/Б.Н. Афанасьев, Ю.П. Акулова. – 1е изд. – СПб: «Лань», 2012. – 416с. (источник доступен в электронном виде для зарегистрированных в фундаментальной электронной библиотеке СПбГТИ(ТУ) по ссылке http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid =25&pl1_id=4312.) Стромберг А.Г. Физическая химия /А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко – М.: ВШ, 2009. – 527с.

Необходимые справочные данные для расчетов могут быть взяты из Краткого справочника физико-химических величин последних годов издания (не ранее 2002 г.) [3]. Некоторые особо востребованные таблицы из этого справочника приведены в виде электронных приложений на медиа-портале СПбГТИ(ТУ) http://media.technolog.edu.ru/ и в данном пособии.





Контрольные задания оформляются в обычной тетради, на обложке которой записываются все данные о студенте: фамилия, имя, отчество, номер и название УГНС, шифр подготовки, номер варианта.

Вариант контрольного задания определяется по двум последним цифрам номера зачетной книжки студента. Если число, образованное двумя последними цифрами зачетки, больше предлагаемого числа вариантов, то от этого числа следует вычесть число вариантов задания столько раз, пока не получится число, меньшее или равное числу вариантов. Например, последние две цифры зачетки 62, число вариантов - 26, следовательно, бакалавром выполняется 10-й вариант (62 – 26 – 26 = 10).

При оформлении контрольных заданий соблюдаются правила:

o задания строго соответствуют номеру индивидуального варианта;

o номер задания и номер варианта должны быть указаны;

o условия задачи должны быть переписаны полностью;

o графики выполняются на миллиметровой бумаге карандашом;

o на каждой странице следует оставлять поля для замечаний преподавателя.

Для облегчения выполнения контрольных заданий в конце данного пособия представлены решения типовых задач по всем основным разделам курса, а также приведены основные уравнения физической химии, используемые в расчетах. Кроме данного пособия примеры решения некоторых типовых задач можно найти в [8-10].

1.1 Контрольное задание № 1:

1.1.1 Химическая термодинамика. Расчет равновесного выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения 1.1.2 Фазовые равновесия. Диаграммы плавкости.

Химическая термодинамика. Расчет равновесного выхода 1.1. продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса 1.1.1.1 На основании значений теплот образования веществ f справочника [3] определите изобарный тепловой эффект химической реакции А (табл. 1.1) QP = r H 298 (в кДж) при условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии.

1.1.1.2 На основании данных из справочника [3] определите изменение средней теплоемкости в системе в результате реакции А T (в Дж/К).

Температуру Т для своего варианта возьмите из табл. 1.1.

1.1.1.3 Определите тепловой эффект реакции А при температуре T и стандартном давлении (в кДж), используя найденные ранее значения r H 1.1.1.4 Установите, как будет меняться тепловой эффект химической реакции А при повышении температуры. Ответ аргументируйте, используя соответствующие уравнения химической термодинамики.

1.1.1.5 Определите изменение энтропии системы (в Дж/К) в результате химической реакции А, протекающей между веществами в идеальном газообразном состоянии при стандартном давлении и температуре 298 К.

Значения стандартной энтропии для веществ возьмите из справочника [3].

1.1.1.6 Рассчитайте изменение энтропии (в Дж/К) в результате реакции А при температуре Т и стандартном давлении, используя рассчитанные в п. 1.5. значения изменения энтропии при температуре 298 К и CP, 298 T.

для химической реакции А при температуре 298 К и при температуре Т.

1.1.1.8 Рассчитайте термодинамическую константу равновесия Ka реакции А при температуре 298 К и температуре Т.

1.1.1.9 Определите глубину превращения в реакции A при температуре Т и атмосферном давлении при условии, что исходные вещества взяты в стехиометрических количествах.

1.1.1.10 Определите степень превращения исходных веществ.

1.1.1.11 Определите состав равновесной смеси в % (мол.) для химической реакции А при температуре Т и атмосферном давлении при стехиометрическом соотношении исходных веществ.

термодинамическую константу равновесия Ka и равновесный выход продуктов химической реакции А. Ответ аргументируйте, используя соответствующие уравнения химической термодинамики. Сопоставьте сделанные выводы с расчетными значениями констант равновесия.

1.1.1.13 Установите характер влияния общего давления на равновесный выход продуктов химической реакции А. Ответ аргументируйте.

1.1.1.14 Сделайте вывод об оптимальных условиях протекания процесса:

при каких температурах и давлениях следует проводить реакцию А для получения максимального выхода продуктов.

Вариант Химическая реакция А Т, К 1.1.2 Фазовые равновесия. Диаграммы плавкости 1.1.2.1 Охарактеризуйте диаграмму плавкости системы A – B (таблица 2.1): растворимость компонентов в жидких и твердых фазах, типы твердых растворов, наличие устойчивых и неустойчивых химических соединений.

1.1.2.2 Дайте описание состояния системы в различных условиях, расшифровав значение всех полей, линий и характерных точек диаграммы плавкости системы A – B.

1.1.2.3 Определите температуру начала кристаллизации расплава состава I и состав первых кристаллов. Как изменяется состав расплава и твердой фазы при охлаждении?

1.1.2.4 Определите температуру начала плавления, количество и состав фаз при этой температуре для системы состава II.

1.1.2.5 Начертите схематические кривые охлаждения расплавов состава I, II и III, определив число и состав фаз и рассчитав число степеней свободы в характерных точках и на каждом участке кривой охлаждения.

1.1.2.6 Вычислите массы равновесных фаз при заданной температуре t, С и количестве исходной смеси состава III.

1.1.2.7 Для систем, образующих химические соединения, определите формулы этих соединений.

Номер варианта Рисунок 1.1 Диаграмма плавкости системы Mg - Cu Рисунок 1.2 Диаграмма плавкости системы Cr - Sn Рисунок 1.3 Диаграмма плавкости системы Cd - Cu Рисунок 1.4 Диаграмма плавкости системы Cd - Hg Рисунок 1.5 Диаграмма плавкости системы Cd - Au Рисунок 1.6 Диаграмма плавкости системы Ca - Cu Рисунок 1.7 Диаграмма плавкости системы Si - Ag Рисунок 1.8 Диаграмма плавкости системы Bi - Co Рисунок 1.9 Диаграмма плавкости системы Sb - Ag Рисунок 1.10 Диаграмма плавкости системы CuCl - LiCl Рисунок 1.11 Диаграмма плавкости системы AgCl - LiCl Рисунок 1.12 Диаграмма плавкости системы Ag2SO4 – Na2SO Рисунок 1.13 Диаграмма плавкости системы MnSiO3 – CaSiO Рисунок 1.14 Диаграмма плавкости системы NaCl - LiCl Рисунок 1.15 Диаграмма плавкости системы NaNO3 – NaNO Рисунок 1.16 Диаграмма плавкости системы TlCl - KCl Рисунок 1.17 Диаграмма плавкости системы PbCl2 – KCl Рисунок 1.18 Диаграмма плавкости системы PbBr2 – PbF Рисунок 1.19 Диаграмма плавкости системы TlCl - CuCl Рисунок 1.20 Диаграмма плавкости системы PbCl2 – PbF Рисунок 1.21 Диаграмма плавкости системы CuBr - KBr Рисунок 1.22 Диаграмма плавкости системы TlCl - AgCl Рисунок 1.23 Диаграмма плавкости системы BaCl2 – BaF Рисунок 1.24 Диаграмма плавкости системы CaOAl2O32SiO2 – Na2OAl2O Рисунок 1.25 Диаграмма плавкости системы n-C6H4ClI – n-C6H4I Рисунок 1.26 Диаграмма плавкости системы HF – H2O Рисунок 1.27 Диаграмма плавкости системы Mg – Al 1.2 Контрольное задание № 2:

1.2. Аррениуса.

Электродвижущие силы и потенциалы.

1.2. Формальная кинетика химических реакций. Уравнение 1.2. 1.2.1.1 Постройте графики зависимости концентрации С исходного вещества от времени t для реакции В, заданной в таблице 1.3, в координатах lnC = f(t) и 1/C = f(t). По виду графика определите порядок реакции.

1.2.1.2 Рассчитайте константу скорости реакции В.

1.2.1.3 Вычислите концентрацию исходного вещества и продуктов реакции В через 200 с от начала реакции.

1.2.1.4 Рассчитайте время, за которое прореагирует 10% исходного вещества.

1.2.1.5 Определите период полупревращения реакции В.

1.2.1.6 Определите энергию активации химической реакции В (табл.1.3), используя значения константы скорости реакции k1 и k2 при двух значениях температуры Т1 и Т2 (табл. 1.4).

предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса.

1.2.1.8 Определите константу скорости химической реакции В при температуре Т3 (табл. 1.4).

1.2.1.9 Определите температурный коэффициент Вант-Гоффа для скорости реакции В в интервале температур Т1 и Т2.

1.2.1.10 Используя температурный коэффициент, определите, во сколько раз изменится скорость реакции, если температуру Т1 увеличить на величину Т (табл. 1.4).

Реакция В: 2NO2 = 2NO + O2 Реакция В: 2F2O = 2F2 + O Реакция В: 2N2O = 2N2 + O2 Реакция В: С2H5Br = C2H4 + HBr Реакция В: 2NO2 = 2NO + O2 Реакция В: С2H5Br = C2H4 + HBr Реакция В: CH3OCH3 = CH4 + H2 + CO Реакция В: 2N2O = 2N2 + O Реакция В: С2H5Br = C2H4 + HBr Реакция В: CH3OCH3 = CH4 + H2 + CO Реакция В: CH3OCH3 = CH4 + H2 + CO Реакция В: 2O3 = 3O Реакция В: CH3COCH3 = C2H4 + H2 + CO Реакция В: 2N2O = 2N2 + O Реакция В: N2O5 = N2O4 + 0,5O2 Реакция В: С2H5Br = C2H4 + HBr Реакция В: С2H4 = C2H2 + H2 Реакция В: CH3OCH3 = CH4 + H2 + CO Реакция В: N2O5 = N2O4 + 0,5O2 Реакция В: HCHO = H2 + CO Реакция В: CH3OCH3 = CH4 + H2 + CO Реакция В: С2H4 = C2H2 + H Реакция В: (CH3)2N2 = C2 H6 + N2 Реакция В: HCHO = H2 + CO Реакция В: N2O5 = N2O4 + 0,5O2 Реакция В: (CH3)2N2 = C2 H6 + N Электродвижущие силы и потенциалы 1.2. 1.2.2.1 Какого рода левый электрод гальванического элемента А (табл.1.5)? Напишите уравнение реакции, протекающей на этом электроде в равновесных условиях, и уравнение для расчета потенциала этого электрода.

1.2.2.2 Определите среднюю ионную активность электролита a в левом электроде гальванического элемента А на основании справочных значений среднего ионного коэффициента активности электролита [3] при моляльной концентрации m1 (табл. 1.5) и температуре 298 К.

1.2.2.3 Определите электродный потенциал левого электрода при 298 К.

Стандартный электродный потенциал возьмите из справочника [3].

1.2.2.4 Какого рода правый электрод гальванического элемента А (табл.

4.1)? Напишите уравнение реакции, протекающей на этом электроде в равновесных условиях, и уравнение для расчета потенциала этого электрода.

1.2.2.5 Определите среднюю ионную активность электролита a в правом электроде гальванического элемента А на основании справочных значений среднего ионного коэффициента активности электролита [3] при моляльной концентрации m2 (табл. 1.5) и температуре 298 К.

1.2.2.6 Определите электродный потенциал правого электрода при К. Стандартный электродный потенциал возьмите из справочника [3].

1.2.2.7 Напишите электродные реакции, протекающие на отрицательном и положительном электродах и суммарную химическую реакцию, протекающую самопроизвольно при работе гальванического элемента А.

Примите, что в реакции участвует один электрон.

1.2.2.8 Определите электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента А и максимальную полезную электрическую работу, которую можно получить при работе данного элемента при температуре 298 К.

1.2.2.9 Вычислите константу равновесия реакции, протекающей самопроизвольно в гальваническом элементе А при температуре 298 К.

Примите, что в реакции участвует один электрон.

Вариант Гальванический элемент А Pt,H2 H2SO4 KCl Hg2Cl2(кр),Hg Cu CuCl2 CdSO4 Hg2SO4(кр),Hg Fe FeCl2 H2SO4 Ag2SO4(кр),Ag Pt,H2 H2SO4 NaBr AgBr(кр),Ag Ca,Ca(OH)2(кр) NaOH SnCl2 Sn Tl,TlCl(кр) NaCl BaCl2 Cl2,Pt Pb,PbBr2(кр) NaBr KBr Br2,Pt Pt,H2 NaOH NaCl PbCl2(кр),Pb 2 Примеры решения типовых задач проведения процесса Определите тепловой эффект реакции при стандартных условиях с учетом агрегатного состояния веществ по следствиям из закона Гесса.

Для расчета теплового эффекта данной химической реакции по одному следствию из закона Гесса необходимо выписать стандартные теплоты сгорания веществ, участвующих в реакции, из справочника [3, табл.30], по другому следствию:

– стандартные теплоты образования веществ [3, табл.44].

Учитываем, что вода при стандартных условиях находится в жидком агрегатном состоянии.

Для удобства составляем таблицу справочных данных с учетом стехиометрических коэффициентов из уравнения реакции в виде:

Справочные данные кДж/моль H сг.,298, кДж/моль Примечание - Стандартная теплота сгорания для водорода равна стандартной теплоте образования жидкой воды (см. табл.44 [3]).

В результате расчета по следствию из закона Гесса с использованием стандартных теплот сгорания веществ получаем:

(1 ( 890,31) 1 0) (1 ( 298,92) 3 ( 285,83)) 250,10 кДж, по другому следствию с использованием стандартных теплот образования имеем:

(3 0 1 ( 110,53)) (1 ( 285,83) 1 ( 74,85)) 250,15 кДж.

Определите тепловой эффект r H T реакции при 1000 К при условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии.

Определите характер влияния температуры на величину теплового эффекта химической реакции.

Составляем таблицу необходимых для расчета справочных данных [3] с учетом стехиометрических коэффициентов в виде Справочные данные кДж/моль Дж/(мольK) Примечание – Значения средней изобарной теплоемкости в зависимости от температуры расчета следует брать из табл.40 [3].

Рассчитываем тепловой эффект химической реакции по следствию из закона Гесса (уравнение (2.2)) при температуре 298 K:

(3 0 1 ( 110.53)) (1 ( 241,81) 1 ( 74,85)) 206,13 кДж.

Изменение средней изобарной теплоемкости по уравнению:

составляет (3 29,57 1 30,92) (1 54,52 1 37,06) 28,05 Дж/К Тепловой эффект реакции при температуре T рассчитываем приближенным способом через средние теплоемкости веществ по уравнению а именно, при температуре 1000 K H1000 206130 28, 05(1000 298) Для расчета теплового эффекта r H T через истинные теплоемкости определяем сначала изменения коэффициентов интерполяционного уравнения теплоемкости в ходе реакции по уравнениям:

или для данной реакции:

(3 27,28 1 28,41) (1 14,32 1 30,00) 65. (3 0,5 105 1 ( 0,46) 105 ) (1 0,33 105 )) 0, Полученные значения позволяют составить уравнение для изменения теплоемкости в ходе реакции:

При подстановке значений при 1000 K получаем:

rH 206130 65,93 (1000 298) = 225666 Дж.

Оценить характер влияния температуры на величину теплового эффекта реакции можно по знаку рассчитанного значения изменения изобарной теплоемкости. Для данной реакции C p 0, следовательно, в соответствии с законом Кирхгофа тепловой эффект должен увеличиваться с ростом температуры. Проведенные расчеты подтверждают этот вывод.

Определите изменение энтропии r S T реакции при 1000 К при условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии.

Формируем таблицу необходимых для расчета справочных данных [3] с учетом стехиометрических коэффициентов:

Справочные данные S 298, Дж/(мольK) Дж/(мольK) Примечание – Значения средней изобарной теплоемкости в зависимости от температуры расчета следует брать из табл.40 [3].

температуре 298 K по уравнению:

или = (3130,52 + 1197,55) - (1186,27 + 1188,72) = 214,12 Дж/К.

Изменение средней изобарной теплоемкости по уравнению (2.3) составляет:

(3 29,57 1 30,92) (1 54,52 1 37,06) 28,05 Дж/К.

Изменение энтропии реакции при 1000 K, рассчитанное через средние теплоемкости веществ по уравнению:

составляет:

r Для расчета изменения энтропии реакции при 1000 K через истинные теплоемкости по уравнению:

определяем сначала изменения коэффициентов интерполяционного уравнения теплоемкости в ходе реакции (уравнения (2.5)-(2.8)) (рассчитано в задаче (2.2)):

c 17, c ' 0,71 105.

Далее по уравнению (2.13), записанному для данной реакции:

определяем изменение энтропии реакции при 1000 K:

r = 252,06 Дж/К.

Определите изменение свободной энергии Гиббса химической реакции при стандартном давлении (p=101,325 кПа) и температурах 298 и 1000 К при условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии.

Дополняем таблицу необходимых для расчета справочных данных [3], приведенных в примере 2.3, значениями изменения свободной энергии Гиббса образования реагирующих веществ в стандартных условиях при К с учетом стехиометрических коэффициентов:

Справочные данные кДж/моль Рассчитываем изменение свободной энергии Гиббса химической реакции r G298 при стандартном давлении (p=101,325 кПа) и температуре 298 К по уравнению:

или для данной реакции:

= (30 + 1(-137,15)) - (1(-50,85) + 1(-228,61)) = 142,310 кДж.

Определяем изменение свободной энергии Гиббса химической реакции r G1000 по уравнению:

химической реакции, вычисленные в задачах (2.2) и (2.3).

Приближенное значение изменения свободной энергии Гиббса химической реакции получаем при использовании средних изобарных теплоемкостей:

G1000 = 225821 - 248,081000 = -22258 Дж.

теплоемкости:

G1000 = 225666 – 252,061000 = -26394 Дж.

Запишите константу равновесия K p химической реакции при температуре 298 К с учетом агрегатного состояния реагирующих веществ, а также при условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии.

При 298 К вода находится в жидком агрегатном состоянии, следовательно, константа равновесия реакции записываем в виде При условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии, запись константы равновесия реакции будет иметь иной вид:

Определите константу равновесия K p химической реакции при стандартном давлении (p=101,325 кПа) и температурах 298 и 1000 К при условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии. В расчете используйте средние изобарные теплоемкости веществ.

Для нахождения K p необходим расчет изменения свободной энергии Гиббса в стандартных условиях при 298 К и 1000 К.

стехиометрических коэффициентов Справочные данные кДж/моль S 298, Дж/(мольK) C po, 298 1000, Дж/(мольK) кДж/моль Подробный расчет термодинамических функций рассмотрен в задачах (2.1), (2.2), (2.3) и (2.4).

Рассчитываем последовательно изменение энтальпии химической реакции при 298 К по следствию из закона Гесса (уравнение (2.2), задача (2.1)):

(3 0 1 ( 110,53)) (1 ( 241,81) 1 ( 74,85)) 206,13 кДж = 206130 Дж, изменение средней изобарной теплоемкости (уравнение (2.3)):

(3 29,57 1 30,92) (1 54,52 1 37,06) 28,05 Дж/К, тепловой эффект при 1000 K (уравнение (2.4), задача (2.2)):

изменение энтропии химической реакции при 298 и 1000 К (уравнения (2.11) и (2.12), задача (2.3)):

= (3130,52 + 1197,55) - (1186,27 + 1188,72) = 214,12 Дж/К, r стандартном давлении и 298 и 1000 К (уравнения (2.14) и (2.15), задача (2.4)):

= (30 + 1(-137,15)) - (1(-50,85) + 1(-228,61)) = 142,310 кДж.

G1000 = 225821 - 248,081000 = -22258 Дж.

Константа равновесия K p химической реакции при температуре T может быть определена по стандартному изменению энергии Гиббса реакции:

Это уравнение можно переписать относительно константы равновесия реакции как:

или Наконец, рассчитываем константы равновесия химической реакции при 298 и 1000 К по уравнениям (2.17) или (2.18)):

Определите равновесную глубину превращения в реакции при температуре 500 К и давлении 101,013 кПа, при условии, что исходные вещества взяты в стехиометрическом соотношении. Термодинамическая константа равновесия K P,500 = 3,561011.

Для расчета равновесного состава вводится универсальная величина – химическая переменная или глубина превращения (кси), равная отношению изменения количества вещества данного реагента или продукта реакции к его стехиометрическому коэффициенту в уравнении химической реакции:

где знак “+” используется для продуктов реакции, а знак “ – “ для исходных веществ.

Равновесное количество вещества для каждого участника реакции выражают через глубину превращения:

Для данной реакции выражаем равновесный состав через химическую переменную и находим область допустимых значений (ОДЗ) из условия, что число молей вещества всегда положительная величина:

Исходный состав n i0, моль Изменение состава к моменту времени t ni, моль Равновесный состав в момент времени t n i, моль Область допустимых значений:

Выражаем практическую константу Kn (n - число молей реагирующих веществ) через глубину превращения :

Рассчитываем сумму молей всех газообразных веществ, участвующих в реакции:

Находим разность стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции:

термодинамическую константу K P с практической константой Kn:

или для данной реакции:

Полученное кубическое уравнение решаем точно, отбирая корни в соответствии с областью допустимых значений, или приближенно (методом подбора или графически), что для практических расчетов вполне допустимо.

Используя метод приближенных вычислений, получаем, что при K P = 3, Определите степень превращения исходных веществ в реакции при условии, что исходные вещества взяты в стехиометрическом соотношении.

прореагировавшего вещества к его начальному количеству:

При стехиометрическом соотношении исходных веществ = 0,9998 (см.

задачу (2.8)):

Определите состав равновесной смеси в % (мол.) для реакции при условии, что исходные вещества взяты в стехиометрическом соотношении.

Мольная доля вещества в смеси равна в % (мол) есть отношение числа молей данного вещества к сумме молей всех газообразных веществ – участников реакции:

При стехиометрическом соотношении исходных веществ для условий протекания реакции задачи (2.7) = 0,9998, отсюда:

термодинамическую константу равновесия Ka и равновесный выход метанола по реакции Ответ аргументируйте, используя соответствующие уравнения химической термодинамики. Сопоставьте сделанные выводы с расчетными значениями констант равновесия.

В уравнении изобары химической реакции знак производной Воспользуемся значениями теплового эффекта, вычисленными для данной реакции в задаче (2.2):

следовательно, с увеличением температуры термодинамическая константа равновесия растет. Расчеты в задаче (2.6) подтверждают этот вывод:

(реакция экзотермическая), 0, следовательно, из уравнения изобары химической реакции следует, что для таких реакций с увеличением температуры термодинамическая константа равновесия уменьшается.

Фазовые равновесия. Диаграммы плавкости Охарактеризуйте диаграмму плавкости системы Cd–Bi, приведенной на рис.2.1.

Диаграмма плавкости системы Cd–Bi относится к диаграммам состояния с неограниченной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью компонентов в твердом агрегатных состояниях.

Дайте описание состояния системы Cd–Bi (рис.2.1) в различных условиях, расшифровав значение всех полей, линий и характерных точек диаграммы.

На диаграмме плавкости Cd-Bi температуры плавления чистых веществ равны, соответственно, около 330С для Cd и около 290С для Bi.

Точка E соответствует эвтектическому составу расплава. Прямая, проходящая через эту точку, называется линией эвтектики.

Кривая TплCd-E-TплBi - линия ликвидуса, показывает состав жидкой фазы.

Ломаная TплCd-E’E’’-TплBi называется кривой солидуса и позволяет определить состав твердой фазы.

Выше линии ликвидуса в области I система является гомогенной или однофазной, это область существования жидкой фазы (расплава).

Ниже линии ликвидуса система гетерогенная, т.е. двухфазная. В области II сосуществуют расплав и кристаллы Cd, в области III – расплав и кристаллы Bi, наконец в области IV – кристаллы Cd и Bi.

На линии эвтектики в равновесии находятся сразу три фазы: кристаллы Cd, кристаллы Bi и расплав.

Определите температуру начала кристаллизации расплава состава I ( масс.% Bi, 400С) системы Cd–Bi (рис.2.1) и состав первых кристаллов. Как изменяется состав расплава и твердой фазы при охлаждении?

Опускаем перпендикуляр от точки I на ось состава. Прямая пересекает линию ликвидуса TплCd-E-TплBi при температуре 250С – температуре начала кристаллизации.

Для определения состава первых кристаллов проводим при постоянной температуре внутри гетерогенной области ноду (линию, соединяющуют фазы, находящиеся в равновесии) от линии пересечения ликвидуса до солидуса. Состав первых кристаллов – чистые кристаллы Cd.

Определите температуру начала плавления, количество и состав фаз при этой температуре системы состава II (80 масс.% Bi, 100С) диаграммы плавкости Cd–Bi, приведенной на рис.2.1.

Проводим перпендикуляр от точки II вверх. Штриховая прямая пересекает линию эвтектики E’-E-E’’ при температуре 145С – температуре начала плавления.

При температуре эвтектики система состоит из трех фаз: точка E’ показывает состав одной твердой фазы – чистых кристаллов Cd, точка E’’ – состав другой твердой фазы – чистых кристаллов Bi, наконец, точка E соответствует составу первых капель жидкой фазы – эвтектического расплава. Состав расплава – 60 масс.% Bi и 40 масс.% Cd.

Начертите схематические кривые охлаждения расплавов составов I ( масс.% Bi), II (80 масс.% Bi) и III (100 масс.% Bi) диаграммы плавкости Cd– Bi (рис.2.1), определив число и состав фаз и рассчитав число степеней свободы в характерных точках и на каждом участке кривой охлаждения.

Проводим перпендикуляр (или изоплету, т.е. линию постоянного состава, проходящую через несколько температур) от точки I (30 масс.% Bi) при температуре 450С вниз до оси состава. Штриховая прямая пересекает линию ликвидуса в точке а и линию эвтектики в точке a’, на оси состава ставим точку а”.

Рассчитываем число степеней свободы системы s по правилу фаз Гиббса:

записанному для диаграммы состояния, построенной при постоянном давлении. Здесь k – число компонентов системы, а f – число сосуществующих в равновесии фаз.

Для расчета выделяем интервалы Ia, aa’, точку a’ и интервал a’a’’. Во всех случаях система является двухкомпонентной: Cd и Bi, т.е. k=2.

Ia: s aa’: s 2 1 Cd).

a’: s и кристаллы Bi).

a’a’’: s 2 1 кристаллы Bi).

Переносим точки изменения числа фаз a и a’ на график T-время.

Чертим кривую охлаждения, учитывая что падение температуры при охлаждении системы более резкое, если система бивариантна s=2; более пологое при s=1(система моновариантна). Наконец, температура остается постоянной для нонвариантной системы s=0.

В случае II также проводим изоплету (или перпендикуляр) от температуры 450С вниз до оси состава. Штриховая прямая пересекает линию ликвидуса в точке b и линию эвтектики в точке b’, на оси состава ставим точку b”.

Для расчета выделяем интервалы IIb, bb’, точку b’ и интервал b’b’’. Во всех случаях система так же является двухкомпонентной: Cd и Bi, т.е. k=2.

Bi).

и кристаллы Bi).

кристаллы Bi).

Сносим точки изменения числа фаз b и b’ на график T-время.

Рисуем схематично кривую охлаждения аналогично примеру I.

В случае III проводим изоплету от температуры 450С до оси состава.

Штриховая прямая пересекает температуру плавления Bi в точке c, на оси состава ставим точку c’.

Для расчета выделяем интервалы IIIc, точку c и интервал cc’. Во всех случаях система является однокомпонентной: один компонент Bi, т.е. k=1.

IIIc: s 1 1 кристаллический Bi).

cc’: s 1 1 Переносим точку изменения числа фаз c на график T-время.

Чертим кривую охлаждения аналогично случаям I и II.

Вычислите массы равновесных фаз при температуре 200оС для 10 кг исходной смеси состава I (30 масс.% Bi) диаграммы плавкости Cd–Bi, приведенной на рис.2.1.

Для вычисления масс фаз, находящихся в равновесии, при температуре 200 С проводим через состав I (30 масс.% Bi) ноду внутри данной гетерогенной области kn. Один конец ноды k показывает состав твердой фазы – 100 масс.% кристаллического Cd или 0 масс.% Bi, другой конец ноды n находится на кривой ликвидуса и позволяет определить состав сосуществующей жидкой фазы: 45 масс.% Bi и 55 масс.% Cd.

Составляем правило рычага:

При подстановке вместо отрезков разность составов получаем уравнение:

Второе уравнение, необходимое для решения, связывает массы равновесных фаз и массу исходной смеси (10 кг):

mCd mж mсмеси Решаем совместно оба уравнения. Результат:

mCd Для системы Mg-Zn (рис.2.2), между компонентами которой в твердом агрегатном состоянии образуется химическое соединение, определите формулу этого соединения.

В системе Mg-Zn (рис.2.2) между компонентами в твердом агрегатном состоянии образуется химическое соединение MgxZny.

Для определения х и y в формуле этого соединения пересчитываем состав по первому и второму компонентам, выраженным в масс.%, (W) в ат.% или мол.% (X) по формулам:

Для данной диаграммы WMg=30 масс.%, WZn=70 масс.%, MMg=24 г/моль, MZn=65 г/моль. Подстановка значений дает:

Отношение полученных составов позволяет определить формулу химического соединения MgxZny:

Аррениуса Определите порядок реакции по полученной при 631 К экспериментальной зависимости концентрации исходного вещества от времени.

Строим графики зависимости концентрации вещества от времени t для реакции в координатах c=f(t), lnc=f(t) и 1/c=f(t).

По виду графика можно судить о порядке реакции. Прямолинейный характер зависимости lnc=f(t) свидетельствует о первом порядке, а прямолинейный характер зависимости 1/c=f(t) – о втором порядке реакции.

Если реакция оказывается реакцией первого порядка, то константу скорости рассчитывают по уравнению:

а период полупревращения (время, за которое прореагирует половина исходного вещества) по уравнению:

Если же реакция – реакция второго порядка, то расчет константы скорости производят по уравнению:

а период полупревращения - по уравнению:

Пересчитываем концентрационную зависимость c=f(t) для данной реакции в lnc=f(t) и 1/c=f(t):

По виду графиков (рис.2.3) определяем порядок реакции.

Рисунок 2.3 Зависимости концентрации исходных веществ от времени для реакции 2NO2 = 2NO + O2 в координатах а) c=f(t) б) lnc=f(t) и в) 1/c=f(t).

Из анализа полученных зависимостей следует, что прямолинейная зависимость получается только в координатах 1/с=f(t). Отсюда вывод, реакция 2NO2 = 2NO + O2 - реакция второго порядка.

Рассчитайте константу скорости реакции 2NO2 = 2NO + O2.

Так как реакция 2NO2=2NO+O2 является реакцией второго порядка (см.

задачу (2.18)), то константу скорости рассчитываем по уравнению (2.29):

Константа скорости не зависит от времени, остается примерно постоянной, что подтверждает справедливость решения задачи (2.18). Таким образом, среднее значение константы скорости Рассчитайте концентрацию исходного вещества и продуктов реакции через 200 с от начала реакции.

Так как реакция 2NO2 = 2NO + O2 является реакцией второго порядка (см. задачи (2.18) и (2.19)), то из уравнения для константы скорости реакции второго порядка (2.29) определяем концентрацию исходного вещества в момент времени 200 с:

отсюда с 0,59 10 моль / л.

Концентрация продуктов реакции в момент времени 200 с:

Рассчитайте время, за которое прореагирует 10% исходного вещества в реакции 2NO2 = 2NO + O2.

Если к моменту времени t прореагировало 10% исходного вещества, то не прореагировавшая часть исходного вещества к этому моменту времени составляет с=0.9с0 моль/л. Подстановка полученного выражения в уравнение для данной реакции (реакции второго порядка) (уравнение (2.29)), записанного относительно времени, дает Определите время полупревращения реакции 2NO2 = 2NO + O2.

Так как реакция 2NO2 = 2NO + O2 – реакция второго порядка (см.

задачи (2.18) и (2.19)), то подстановка в уравнение (2.29) концентрации с=0.5с0, моль/л позволяет рассчитать период полупревращения исходного вещества для реакции второго порядка (уравнение (2.30):

Определите порядок реакции по полученной при 680 К экспериментальной зависимости концентрации исходного вещества от времени.

Рассчитайте константу скорости реакции, период полупревращения и концентрацию исходного вещества через 200 с от начала реакции.

Для определения порядка графическим методом аналогично решению задачи (2.18) пересчитываем концентрационную зависимость c=f(t) для данной реакции в lnc=f(t) и 1/c=f(t) и строим графики(рис.2.4):

Рисунок 2.4 Зависимости концентрации исходных веществ от времени в координатах а) c=f(t) б) lnc=f(t) и в) 1/c=f(t) Прямолинейный характер зависимости lnc=f(t) свидетельствует о первом порядке данной реакции. Следовательно, для расчета константы скорости используем уравнение (2.27):

Константа скорости не зависит от времени, остается постоянной, что подтверждает справедливость выбора первого порядка реакции. Таким образом, среднее значение константы скорости:

Период полупревращения реакции первого порядка определяем по уравнению (2.28):

Концентрацию исходного вещества через 200 с от начала реакции рассчитываем по преобразованному относительно концентрации уравнению (2.27):

отсюда c Концентрация продуктов реакции:

Определите энергию активации химической реакции 2NO2 = 2NO + O2, используя значения констант скоростей k1 и k2 при двух значениях температуры Т1 и Т2.

Энергию активации химической реакции можно определить, используя значения констант скоростей k1 и k2 при двух значениях температуры Т1 и Т2, по уравнению:

или для данной реакции:

Запишите уравнение Аррениуса для реакции 2NO2 = 2NO + O2.

Определите предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса.

Для расчетов используйте данные задачи (2.24).

Уравнение Аррениуса, показывающее зависимость константы скорости реакции от температуры, имеет вид:

При подстановке в это уравнение данных для одной из температур получаем значение предэкспоненциального множителя:

Определите константу скорости химической реакции 2NO2 = 2NO + O2.

при температуре Т3.

Для расчетов используйте данные задачи (2.24).

Константу скорости химической реакции 2NO2 = 2NO + O2. при температуре Т3 можно рассчитать по уравнению Аррениуса (2.31). Энергия активации реакции определена в задаче (2.24).

Определите температурный коэффициент Вант-Гоффа для скорости реакции 2NO2 = 2NO + O2. в интервале температур Т1 Т Для расчетов используйте данные задачи (2.24).

Температурный коэффициент Вант-Гоффа для скорости реакции в интервале температур Т1 Т2 может быть рассчитан по формуле:

или для данной реакции:

0, С помощью температурного коэффициента Вант-Гоффа, рассчитанного в задаче (2.27), определите во сколько раз изменится скорость реакции если температуру Т1 увеличить на величину Т=25.

Для расчетов используйте данные задачи (2.24).

При подстановке в уравнение (2.33) Т=25 и найденное в задаче (2.27) значение температурного коэффициента Вант-Гоффа получаем, что скорость реакции увеличится в 2.3 Электродвижущие силы и потенциалы Какого рода левый электрод гальванического элемента А? Напишите уравнение реакции, протекающей на этом электроде в равновесных условиях, и уравнение для расчета потенциала этого электрода.

Гальванический элемент А m1, моль/кг H2O m2, моль/кг H2O Электрод NaOH|Ca(OH)2(кр.)|Ca - это электрод II рода, т.к. в электродной реакции, идущей на электроде, Ca(OH)2 + 2e = Ca +2 OHпринимает участие труднорастворимое соединение Ca(OH)2.

Уравнение Нернста для расчета равновесного потенциала в общем виде можно записать как В электродной реакции на левом электроде одна окисленная - Ca(OH) и две восстановленные формы - Ca и OH- - ион. Отсюда уравнение (2.34) для равновесного потенциала электрода записываем как:

Равновесный потенциал электрода зависит от активности OH- - ионов, поэтому говорят, что данный электрод является обратимым относительно аниона (т.е. потенциалопределяющими ионами являются анионы).

Определите среднюю ионную активность электролита a в левом электроде гальванического элемента А на основании справочных значений среднего ионного коэффициента активности электролита [3] при моляльной концентрации m1 и температуре 298 К.

Данные взять из задачи (2.29).

По справочным данным [3: табл.72 стр.130] для электролита NaOH при концентрации m1=0,01 моль/кг Н2О находим среднеионный коэффициент или:

Для NaOH - электролита типа 1-1 (в состав формулы NaOH входят анион и 1 катион) или по таблице из [3: табл.74 стр.135] - уравнение расчета Определите электродный потенциал левого электрода при 298 К Данные взять из задачи (2.29).

справочника [3: т.79 стр.143]:

При подстановке в уравнение Нернста (2.34) среднеионной активности электролита (записываем вместо активности ионов OH-), определенной в задаче (2.30), получаем:

В уравнении активности чистых твердых веществ равны единице следовательно:

Какого рода правый электрод гальванического элемента А?

Напишите уравнение реакции, протекающей на этом электроде в равновесных условиях, и уравнение для расчета потенциала этого электрода.

Данные взять из задачи (2.29).

Электрод SnCl2|Sn – это электрод I рода, т.к. состоит из металла и его хорошо растворимого соединения. обратимый относительно катиона.

Уравнение электродной реакции В реакции участвуют одна окисленная (Sn2+) и одна восстановленная (Sn) формы.

Уравнение Нернста (2.34) для расчета равновесного потенциала правого электрода:

Активность чистой твердой фазы Равновесный потенциал электрода зависит от активности Sn2+ - ионов, следовательно, данный электрод является обратимым относительно катиона (т.е. потенциалопределяющими ионами являются катионы Sn2+).

Определите среднюю ионную активность электролита a в правом электроде гальванического элемента А на основании справочных значений среднего ионного коэффициента активности электролита [3] при моляльной концентрации m2 и температуре 298 К.

Данные взять из задачи (2.29).

По справочным данным [3: табл.72 стр.130] для электролита SnCl2 при концентрации m2=0,1 моль/кг Н2О находим среднеионный коэффициент активности 0,233.

SnCl2 - электролит типа 1-2 (в состав формулы соединения SnCl2 входят два аниона и один катион), поэтому согласно уравнению (2.25) или исходя из справочных данных [3: табл.74 стр.135] уравнение расчета среднеионной Определите электродный потенциал правого электрода при 298 К Стандартный электродный потенциал для электрода SnCl2|Sn из справочника [3: табл.79 стр.143]:

Расчет по уравнению Нернста (2.34) равновесного потенциала электрода при подстановке значений среднеионной активности электролита (записываем вместо активности ионов Sn2+), вычисленной в задаче (2.33), дает Напишите электродные реакции, протекающие на отрицательном и положительных электродах гальванического элемента А (условие задачи (2.28)).и суммарную химическую реакцию, протекающую самопроизвольно при работе гальванического элемента.

Примите, что в реакции участвует один электрон.

В гальваническом элементе при замыкании на электроде с более отрицательным значением потенциала идет процесс окисления, на электроде с более положительным значением потенциала – процесс восстановления, следовательно, записываем:

Определите электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента и максимальную полезную электрическую работу, которую можно получить при работе данного элемента при 298 К.

ЭДС гальванического элемента равна разности потенциалов положительного и отрицательного электродов, измеренных при обратимом изотермическом проведении процесса, то есть Электрическая работа (W) гальванического элемента равна его ЭДС, умноженной на переносимый заряд:

или W 1 96500 2,721 2,626 105 Дж Эта работа совершается за счет убыли энергии Гиббса:

Вычислите константу равновесия реакции, протекающей самопроизвольно в гальваническом элементе А при температуре 298 К.

Примите, что в реакции участвует один электрон.

Данные взять из задачи (2.29).

Для определения термодинамической константы равновесия в гальваническом элементе пользуемся уравнениями:

где Е0 – стандартная ЭДС при среднеионных активностях равных единице.

Приравниваем уравнения (2.40) и (2.41) и получаем формулы расчета константы равновесия реакции:

или:

Для протекающей в гальваническом элементе химической реакции находим Е0 как разность стандартных потенциалов:

Подставляем полученное значение в уравнение (2.43) и вычисляем константу равновесия реакции:

3 Лабораторный практикум. Общие рекомендации В практикуме по физической химии бакалавр знакомится с важнейшими методами физико-химических исследований и получает навыки самостоятельной экспериментальной работы. При прохождении практикума студент должен научиться пользоваться современной аппаратурой и приборами, освоить методы обработки результатов измерений, используя графические и аналитические методы, научиться оформлять результаты работы в виде наглядных цифровых и графических материалов.

Лабораторные занятия требуют строжайшей дисциплины, тщательного соблюдения и техники безопасности и правил работы в лаборатории.

Перед работой студент изучает теоретический материал, необходимый для выполнения лабораторной работы, [1]. К лабораторной работе допускаются студенты, сдавшие коллоквиум к работе в объеме рекомендованной литературы.

Бакалавр заранее готовит титул отчета и лист наблюдений. Титул отчета может быть распечатан с сайта кафедры по ссылке http://technolog.edu.ru/kaf/fchem/ в рубрике «Методические материалы» или с медиа-портала СПбГТИ(ТУ) http://media.technolog.edu.ru/.

В листе наблюдений заготавливаются таблицы для записи измерений.

В бланк отчета по лабораторной работе заносятся наименование работы, фамилия студента, номер группы и дата работы;

схема установки;

расчетные формулы;

таблицу измерений с указанием единиц измерения;

обработку экспериментальных данных и расчет измеряемой величины, вычисление погрешности;

график на миллиметровой бумаге (если он предусмотрен по содержанию работы).

Отчет считается принятым, если он содержит удовлетворительные данные измерений и оформлен в соответствии с перечисленными требованиями.

Студент выполняет 1-3 лабораторных работы из перечисленных ниже тем. Количество работ определяется преподавателем и зависит от числа часов, выделяемых на лабораторный практикум в соответствии с рабочим учебным планом бакалавриата. Лабораторные работы выполняются студентом индивидуально.

3.1 Темы лабораторных работ Определение давления насыщенного пара индивидуальных 3.1. жидкостей и теплоты их испарения;

Определение теплового эффекта реакции растворения соли;

3.1. Определение степени и константы диссоциации слабой кислоты 3.1. по электропроводности раствора;

Определение коэффициента электрической проводимости 3.1. сильного электролита по электропроводности раствора;

Измерение ЭДС гальванических элементов и определение 3.1. электродных потенциалов;

Изучение кинетики реакции инверсии тростникового сахара.

3.1. Контрольные вопросы к дисциплине 4.1 Химическая термодинамика 4.1.1 Функции процесса и функции состояния. Внутренняя энергия, теплота, работа, законы термодинамики.

4.1.2 Работа расширения идеального газа в изотермическом, изобарном и изобарно-изотермическом процессах.

4.1.3 Теплота процессов при постоянном объеме и давлении.

4.1.4 Первый закон термодинамики.

4.1.5 Расчет тепловых эффектов. Закон Гесса.

4.1.6 Теплоты образования и теплоты сгорания веществ. Их использование для расчетов тепловых эффектов химических реакций.

4.1.7 Истинная и средняя теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры (интерполяционные уравнения).

4.1.8 Зависимость теплового эффекта химических реакций от температуры. Уравнение Кирхгофа.

4.1.9 Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Работа термодинамически обратимого процесса.

4.1.10 II начало термодинамики для обратимых и необратимых процессов.

4.1.11 Энтропия идеального газа как функция объема (давления) и температуры.

4.1.12 Изменение энтропии как критерий направления процесса в изолированной системе.

4.1.13 Изменение энтропии при нагревании, расширении и при фазовых переходах, в химических реакциях.

4.1.14 Термодинамическая вероятность и энтропия.

4.1.15 Максимальная и максимальная полезная работа.

Термодинамические потенциалы как мера работоспособности системы.

4.1.16 Термодинамические потенциалы как критерий направления процесса и состояния равновесия в закрытых системах.

4.1.17 Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал) и энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Свободная и связанная энергия.

4.1.18 Зависимость энергии Гиббса от температуры и давления.

4.1.19 Уравнение Гельмгольца-Гиббса.

4.1.20 Зависимость энергии Гиббса от состава системы. Химический потенциал.

4.1.21 Химический потенциал идеального и реального газов.

Фугитивность.

4.1.22 Вывод и анализ уравнения изотермы химической реакции.

4.1.23 Термодинамические и практические константы равновесия. Связь между ними.

4.1.24 Равновесие в гетерогенных химических реакциях. Константы равновесия гетерогенных реакций.

4.1.25 Вывод и анализ уравнения изобары химической реакции.

4.1.26 Уравнение изобары в дифференциальной и интегральной формах.

Зависимость константы равновесия химической реакции от температуры.

4.2 Фазовые равновесия 4.2.1 Правило фаз Гиббса.

4.2.2 Условие термодинамического равновесия между фазами.

4.2.3 Вывод и анализ уравнения Клаузиуса-Клапейрона.

4.2.4 Диаграммы состояния однокомпонентных систем. Их разбор с помощью правила фаз Гиббса.

4.2.5 Идеальные и неидеальные растворы. Закон Рауля. Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля.

4.2.6 Химический потенциал компонента в идеальном и неидеальном растворах.

4.2.7 Растворимость газов в жидкости. Закон Генри.

4.2.8 Диаграммы "общее давление-состав" и "температура кипения состав" для идеальных растворов.

4.2.9 Диаграммы "общее давление-состав" и "температура кипения состав" для жидкостей с ограниченной растворимостью.

4.2.10 Диаграммы "общее давление-состав" и "температура кипения состав" для нерастворимых друг в друге жидкостей.

4.2.11 Термический анализ. Кривые охлаждения.

4.2.12 Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем с полной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью в твердом состоянии.

4.2.13 Диаграммы плавкости с полной растворимостью в жидком и твердом состоянии. Виды твердых растворов.

4.2.14 Диаграммы состояния с полной растворимостью в жидком и ограниченной растворимостью в твердом состоянии.

4.2.15 Диаграммы плавкости с химическими соединениями, плавящиеся без разложения и с разложением.

Химическая кинетика и катализ 4.3.1Молекулярность и порядок реакции. Кинетические уравнения.

4.3.2Кинетическая кривая. Методы определения порядка реакции.

4.3.3Реакции 1, 2 и 3 порядка. Выражение для константы скорости и периода полупревращения.

4.3.4Сложные реакции: обратимые, параллельные, последовательные.

4.3.5Зависимость скорости химической реакции от температуры.

Уравнение Аррениуса.

4.3.6Основы теорий элементарного акта: активированного комплекса и активных соударений.

4.3.7Кинетика гетерогенных процессов. Влияние температуры и перемешивания на режим процесса.

4.3.8Реакции в растворах. Солевые эффекты.

4.3.9Особенности протекания цепных реакций. Возникновение, развитие и обрыв цепей. Горение и взрыв.

4.3.10 Особенности протекания фотохимических реакций. Квантовый выход.

4.3.11 Общие свойства катализаторов. Гомогенный и гетерогенный катализ.

4.4 Растворы электролитов и термодинамика гальванических 4.4.1Строение растворов сильных электролитов.

4.4.2Уравнения для расчета средних ионных коэффициентов активности.

4.4.3Равновесие в растворах электролитов. Термодинамические и практические константы ионных равновесий.

Электрическая проводимость растворов. Виды электрических 4.4. проводимостей. Связь их с подвижностями ионов.

Зависимость электрической проводимости от концентрации р.

4.4. Числа переноса, их использование для определения 4.4. электрической проводимости отдельных ионов.

Практическое использование измерений электрической 4.4. проводимости.

Механизм возникновения двойного электрического слоя.

4.4. 4.4.9Уравнение Нернста для равновесного потенциала. Стандартный электродный потенциал.

4.4.10 Электроды I рода.

4.4.11 Электроды II рода.

4.4.12 Окислительно-восстановительные электроды.

4.4.13 Типы гальванических элементов (концентрационные, химические). Расчет ЭДС.

4.4.14 Гальванические элементы с переносом и без переноса.

4.4.15 Использование стандартных потенциалов для определения направления электрохимических реакций.

4.4.16 Определение термодинамических параметров химических реакций, идущих в гальваническом элементе.

4.4.17 Электрохимическая коррозия. Термодинамические и кинетические факторы в коррозии.

Литература 1. Практические работы по физической химии / Под ред. К.П.Мищенко, А.А.Равделя, А.М.Пономаревой. – 5-е изд., перераб. – СПб: Профессия, 2002. – 384с.

2. Афанасьев Б.Н. Физическая химия/Б.Н. Афанасьев, Ю.П. Акулова. – 1е изд. – СПб: «Лань», 2012. – 416с. http://e.lanbook.com/books/element.

php?pl1_cid =25&pl1_id= 3. Краткий справочник физико-химических величин/Под ред.

А.А.Равделя, А.М.Пономаревой. – 11-е изд., испр. и перераб. – М. ООО ТИД «Аз-book», 2009. – 240с.

4. Стромберг А.Г. Физическая химия /А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко – М.: ВШ, 2009. – 527с.

5. Задания по физической химии. Химическая термодинамика:

Метод.ук./под ред. А.М. Пономаревой, В.В. Сысоевой, В.И. Хамовой.-Л.:

ЛТИ им.Ленсовета, 1989.-16с.

6. Задания по физической химии. Фазовые равновесия и растворы:

Метод.ук./под ред. А.М. Пономаревой, В.В. Сысоевой, В.И. Хамовой.-Л.:

ЛТИ им.Ленсовета, 1990.-30с.

7. Задания по физической химии. Электрохимия: Метод.ук./под ред. А.М.

Пономаревой, В.В. Сысоевой, В.И. Хамовой.-Л.: ЛТИ им.Ленсовета, 1990.с.

8. Физическая химия. В 2 кн. : учеб. для вузов / К.С. Краснов [и др.]: под ред. К.С. Краснова. – 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2001. – 831с.

9. Зубкова М.Ю. Задачи по физической химии. Химическая термодинамика. Фазовые равновесия. Термодинамика гальванических элементов: учеб. пособие / М.Ю. Зубкова, М.Ю. Матузенко. – СПб:

СПБТИ(ТУ), 2008.

10. Зубкова М. Ю. Задачи по физической химии. Электрическая проводимость растворов электролитов. Электрические и оптические свойства молекул. Кинетика химических реакций: учебное пособие / М.Ю. Зубкова, М.Ю. Матузенко. – СПб: СПБТИ(ТУ), 2008.

Приложение 1 Титулы лабораторных работ

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический Работа выполнена «_»20 г. Бакалавр_ Отчет сдан «_»20 г. Группа_ Работа зачтена «_»20 г.

Задание: 1. Построить диаграммы p f (t ) и lg p f (1 / T ) для по _ данным.

2. Вычислить теплоту испарения вещества.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический Работа выполнена «_»20 г. Бакалавр_ Работа зачтена «_»20 г.

Задание: Определить интегральную теплоту растворения _ при m = моль/1000 г Н2О (среднее из двух измерений).

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический Работа выполнена «_»20 г. Бакалавр_ Отчет сдан «_»20 г. Группа_ Работа зачтена «_»20 г.

«ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ»

Задание: Определить удельную и молярную электропроводности, степень и константу диссоциации слабого электролита _ при концентрациях _,, и _ моль/л.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический Работа выполнена «_»20 г. Бакалавр_ Отчет сдан «_»20 г. Группа_ Работа зачтена «_»20 г.

«ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ»

Задание: Определить удельную и молярную электропроводности и коэффициент электропроводности сильного электролита № при концентрациях _,, и _ моль/л.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический Работа выполнена «_»20 г. Бакалавр_ Работа зачтена «_»20 г.

Задание: Определить константу скорости инверсии тростникового сахара Отсчеты углов производить через _ _минут

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический Работа выполнена «_»20 г. Бакалавр_ Отчет сдан «_»20 г. Группа_ Работа зачтена «_»20 г.

«ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ»

Задание: 1. Измерить ЭДС гальванических элементов, составленных из электродов:

2. Измерить потенциал каждого электрода.

3. Вычислить ЭДС из потенциалов измеренных и теоретических и 1. Многовариантные контрольные задания. Общие рекомендации 1.1.1. Химическая термодинамика. Расчет равновесного выхода продукта химической реакции и выбор 1.1.2. Фазовые равновесия. Диаграммы плавкости 1.2.1. Формальная кинетика химических реакций. Уравнение 2.1. Химическая термодинамика. Расчет равновесного выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий 2.3. Формальная кинетика химических реакций. Уравнение 4.4. Растворы электролитов и термодинамика гальванических

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ДЛЯ БАКАЛАВРОВ НЕХИМИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ

ПОДГОТОВКИ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

Отпечатано с оригинал-макета. Формат 6090. 1/ Санкт-Петербургский государственный технологический институт 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., Типография издательства СПбГТИ(ТУ) тел. (812) 494-93-

 
Похожие работы:

«Аннотация Программа составлена на базе Примерной программы среднего (полного) общего образования физике (профильный уровень) и авторской программы Г.Я. Мякишева Учебно-методический комплект 1. Мякишев Г. Я. Физика. Механика. 10 класс. - М.: Дрофа,2013г. 2. Мякишев Г. Я., Синяков А. 3. Физика. Молекулярная физика. Термодинамика. 10 класс. -М.: Дрофа, 2007. 3. Мякишев Г. Я., Синяков А. 3. Физика. Колебания и волны. 10 класс. - М.: Дрофа, 2007. 4. Мякишев Г. Я., Синяков А. 3., Слободсков Б. А....»

«ФГАОУ ВПО Казанский (Приволжский) федеральный университет филиал в г.Елабуга Инженерно-технологический факультет Кафедра общей инженерной подготовки Масла, смазки и специальные жидкости УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Елабуга 2013 1 УДК 665 ББК 35.514 Д18 Печатается по решению редакционно- издательского совета филиала К(П)ФУ в г. Елабуга, протокол №27, от 28.02.2013 г. Рецензенты: А.В. Костин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общенаучных дисциплин КНИТУ – КАИ. В.Ю. Шурыгин, кандидат...»

«Федеральное агентство по образованию ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра электронных приборов (ЭП) Орликов Л.Н. ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ Учебное пособие 2006 Учебное пособие рассмотрено и рекомендовано к изданию методическим советом кафедры электронные приборы ТУСУР _2006 г. Развитие научно-технического прогресса поставило задачу резкого усложнения техники и технологии на базе применения ЭВМ. Большинство явлений,...»

«Книги с приложением CD-ROM (естественно-научные, медицина, экономика) 53 А 333 Федорова В.Н. Медицинская и биологическая физика. Курс лекций с задачами : учебное пособие / В.Н. Федорова, Е.В. Фаустов. – Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 592 с. + 1 CD-Rom. 54 (035) К 836 Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде : справочник / Ю.А. Кротов. - 2-е изд., доп. – Санкт-Петербург : Профессионал, 2003. - 430 с. + 1 CD-Rom. 575 (07) О 28 Общая генетика :...»

«Фокин В.Г. Оптические системы передачи и транспортные сети Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению Телекоммуникации Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 21040165 Физика и техника оптической связи, 21040465 Многоканальные телекоммуникационные системы, 21040665 Сети связи и системы коммутации Москва, 2008 УДК 621.391 621.395 621.396 ББК 32.88 Ф74 В.Г. Фокин...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ И.П. Гаркуша, В.П. Куринной ФИЗИКА Часть 2 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА Учебное пособие Днепропетровск НГУ 2012 УДК 53(075.4) ББК 22.3я72 Г44 Рекомендовано редакційною радою Державного ВНЗ НГУ як навчальний посібник для бакалаврів галузі знань 0503 Розробка корисних копалин (протокол № 11 від 30.11.2012) Гаркуша И.П. Г 44 Физика. Ч. 2. Молекулярная физика и...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ И.П. Гаркуша ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Учебное пособие Днепропетровск НГУ 2012 УДК 53(075.4) ББК 22.379 Г 43 Рекомендовано редакційною радою Державного ВНЗ НГУ як навчальний посібник для бакалаврів галузі знань 0503 Розробка корисних копалин (протокол № 2 від 26.06.2012). Гаркуша И.П. Г 43 Элементы физики полупроводников [Текст]: учеб. пособие : – Д.:...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ Государственное высшее учебное заведение ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ для студентов заочной формы обучения (специальности: ЭМК, ЭМКу, РККу, МЕХу, ТМу, КПМОу) Рассмотрено на заседании кафедры физики Протокол № 10 от 14. 06. 2007 г. Утверждено учебно-издательским советом ДонНТУ. Протокол № 7 от 20. 06. 2007 г. 2009 УДК 53(071) Методические указания и контрольные задания для студентов...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОУ ВПО СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ Л.Д. Дикусар, И.Г. Баранник ПОСОБИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ИНТЕРНЕТ-ЭКЗАМЕНУ ПО ФИЗИКЕ Утверждено Редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия Новосибирск СГГА 116 2009 УДК 53 (О75) Д 45 Рецензенты: Академик академии естествознания, доктор физико-математических наук, профессор Новосибирского государственного университета экономики и управления Т.Я. Дубнищева Кандидат...»

«Министерство образования Российской Федерации Ухтинский государственный технический университет И.Ф. Чупров, Е.А. Канева, А.А. Мордвинов Уравнения математической физики с приложениями к задачам нефтедобычи и трубопроводного транспорта газа Учебное пособие Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по высшему нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 650700 – Нефтегазовое дело Ухта 2004 УДК 622.276:532.5 Ч 92 Чупров...»

«Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова Л. И. Мирошниченко Физика Солнца и солнечно-земных связей Под редакцией профессора М. И. Панасюка Учебное пособие Москва Университетская книга 2011 УДК 551.5:539.104(078) ББК 22.3877 М64 Научный редактор профессор М. И. Панасюк На первой странице обложки: логотипы двух российских спутников для исследования Солнца — КОРОНАС-Ф (слева) и КОРОНАС-ФОТОН....»

«ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРЕДМЕТНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ФИЗИКЕ С.М. Козел В.П. Слободянин М.Ю. Замятнин РЕКОМЕНДАЦИИ по проведению муниципального этапа всероссийской олимпиады школьников по физике в 2013/2014 учебном году Москва 2013 Содержание Введение 1. 3 Общие положения 2. 4 Функции организационного комитета 3. Функции жюри 4. Порядок регистрации участников олимпиады 5. Форма проведения школьного и муниципального этапов 6. Порядок проведения туров 7. Процедура...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.