Контрольная работа по "Физической химии"

10.2. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Контрольная работа № 1

    1. (1.1). 10 г. кислорода, взятого при 298 К сжимают адиабатически от 8 л. до 5 л. Определите конечную температуру и изменение внутренней энергии, если Сv=[pic 1].

Решение:

Работу адиабатического сжатия газа рассчитаем по уравнению:

[pic 2]

Кислород – двухатомный газ, для которого выражение темплоемкости и коэффициент [pic 3] имеют следующий вид:

[pic 4]

Количество газа выразим через уравнение Менделеева-Клапейрона при V1 = 8 л:

[pic 5]

Подставим в выражение:

[pic 6]

Конечную температуру рассчитаем по уравнению:

[pic 7]

    2. (1.1). Вычислить работу расширения при нагревании 2 г воздуха от 0 °С до 1 °С при давлении 1 атм. Плотность воздуха при нормальных условиях 1,29 г/см3.

Решение:

Так как процесс изобарный, работа рассчитывается по уравнению:

[pic 8]

или если дано изменение температуры:

[pic 9]

Количество молей воздуха рассчитаем из условия, что при нормальных условиях 1 моль газа занимает объем, равный 22,4 л. Массу воздуха переведем в объем:

[pic 10]

При нагревании на один градус получаем, что работа равна:

[pic 11]

    3. (1.1). Вычислить количество тепла, необходимое для нагревания 500 г свинца от 25 °С до 700 °С, если свинец плавится при 600 К и D Нпл=23,25 Дж/г.

Ср(тв.)=24,489+8,954.10-3Т (Дж/моль.К), Ср(ж)=36,287-10,280.10-3Т (Дж/моль.К).

Решение:

Нагревание свинца протекает по трем этапам:

1. Нагревание до температуры плавления:

[pic 12]

2. Процесс плавления:

[pic 13]

3. Процесс нагревания до 973 К:

[pic 14]

Тепловой эффект равен:

[pic 15]

4. (1.2). Тепловые эффекты реакций при 0 °С и постоянном давлении 1 атмосфера:

C+O2=CO2 -405.8 кДж

CO+1/2O2=CO2  -284.5 кДж

H2+1/2O2=H2O(газ)-246,8 кДж

    Рассчитать при тех же условиях тепловые эффекты следующих реакций:

С+Н2О(газ)=СО+Н2+D Н1

2СО=СО2+С+D Н2.

Решение:

Для реакции С+Н2О(газ)=СО+Н2+D Н1

Составим систему уравнений:

[pic 16]

Вычитая из первого уравнения второе и третье, преобразуем систему уравнений к виду: С+Н2О(газ)=СО+Н2+D Н1:

[pic 17]

D Н1 = - 125,5 кДж

Для реакции 2СО=СО2+С+D Н2 по аналогии:

[pic 18]

D Н2 = 163,2 кДж

    5. (1.3). 1 моль кремния нагревают при 1 атм. и 25 °С до температуры плавления 1412 °С, Ср(тв.)=23,9+2,5.10-3Т (Дж/моль.К), D Hпл=50,5 Дж/моль. Рассчитайте D S процесса.

Решение:

Изменение энтропии при нагревании рассчитываем по уравнению:

[pic 19]
При фазовом переходе, изменение энтропии выражается отношением:

[pic 20]

Отсюда, изменение энтропии при нагревании равно:

[pic 21]

    6. (2.1). Запишите равновесное число молей всех веществ и константу равновесия для реакции:

    Решение:

Концентрация твердого вещества считается постоянной и в уравнении для константы равновесия равны единице.

Пусть в результате реакции образуется х молей Cl2 и соответственно 2х H2O, тогда концентрация HCl уменьшится на 4х молей. Константа равновесия будет равна: