Контрольная работа по "Физической химии"

Задача 2

В термически изолированный сосуд, содержащий 5 кг воды при 30°С, вносят 1 кг снега, температура которого -10°С. Как возрастает энтропия в происходящем процессе, если теплота плавления снега 333,3 Дж/г, удельная теплоемкость снега 2,008 Дж/(г К), а удельная теплоемкость воды 4,184 Дж/(г К).

Решение:

Происходят следующие процессы:

1. Нагревание снега до температуры плавления (00С), изменение энтропии процесса ΔS1:

ΔS1=mснега*Cpснега*lnТ2/Т1=1*2008*ln273/263 = 74,93 Дж/К = 0,075 кДж/К

1. Таяние снега, теплота процесса Q2:

Q2=Qплснега*mснега= 333,3*1000 = 333,3кДж

Изменение энтропии при плавлении:

ΔS2=Q2/Tпл=333,3/273=1,22 кДж/К

1. Температуру в системе перед началом нагревания вычислим исходя из того, что снег нагревался и таял, а вода – охлаждалась.

Изменение температуры 5 кг воды за время нагревания и таяния снега:

Q=Срводы*mводы*ΔТ
Q =-Q1-Q2= -2,008-333,3=-331,3 кДж
ΔТ=Q/(своды*mводы)=-331,3/(4,814*5)=-13,76

Температура воды после таяния льда T’=30-13,76=16,24 0C

Уравнение теплового баланса:
своды*mснега*ΔТ’’=своды*mводы*ΔT’
где ΔТ’’ – изменение температуры воды, образовавшейся из снега;
ΔT’ – изменение температуры воды, которая была в сосуде изначально.
ΔТ’’/ ΔТ’=mводы/mcнега=1/5

Обозначим конечную температуру системы х. Тогда:
ΔТ’’=х-(0+273)
ΔТ’=16,24+273-х
5х-5*273=16,24+273-х
х=275,6 К

Изменение энтропии при нагревании воды:

ΔS3=mводы*Сpводы*lnT/Т’=1*4,184*ln275,6/273=0,038(кДж/К)

Также менялась (уменьшалась) энтропия воды, которая изначально была в жидком состоянии.

Рассчитаем энтропию охлаждения воды:

ΔS4=mводы*cpводы*lnY/Tводы=5*4,184*ln275,6/303=-1,98 кДж/К

1. Суммарное изменение энтропии в процессе:

ΔS= ΔS1+ ΔS2+ ΔS3+ΔS4

ΔS=0,075 + 1,22 + 0,038 - 1,98 = -0,65 кДж/К = -650 Дж/К.

Ответ: -650 Дж/К.

Задача 3

Вычислите ΔU при плавлении 5 моль нафталина под давлением 1 атм., если в точке плавления (355 К) теплота плавления равна 4,5 ккал/моль, а величина dP/dT = 2,6*106 Па/К.

Решение:

1. Количество тепла, затраченное на плавление 5 моль нафталина:

Q=mq = 5*4,5 = 22,5 ккал = 94,05 кДж

2.Согласно уравнению состояния идеального газа работа, затраченная на расширение газа А = nRT = 5*8,314*355/1000=14,76 кДж

3.Согласно первому закону термодинамики U=Q-A, где U- изменение внутренней энергии тогда U = 94,05 – 14,76 = 79,29 кДж.

Ответ: 79,29 кДж

Задача 5

Выразить концентрацию водного раствора через массовые проценты, моляльность, нормальность, мольные доли.