Программа и контрольные задания по «Физической химии»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Институт металлургии и химии

Кафедра химии

 

 

Программа и контрольные задания

по «Физической химии»

для студентов заочной формы обучения

 

Учебно-методическое пособие

 

Специальность: 2502 – химическая технология

неорганических веществ; 1705 – машины

и аппараты химических производств

 

 

ЧЕРЕПОВЕЦ

    Пособие включает в себя программу дисциплины «Физическая химия» и варианты контрольных заданий для студентов-заочников…

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Дисциплина «Физическая химия» содержится в Государственных образовательных стандартах химических и отдельных инженерно-технических специальностей. Изучение данного предмета дает возможность понимать, предсказывать и управлять физико-химическими явлениями и системами, лежащими в основе производственных многих процессов.

При изучении курса студентам рекомендуется следующий порядок работы: а) внимательно ознакомиться с программой и подготовить литературу; б) выбрать тему, прочитать соответствующие разделы учебников и составить краткий конспект; в) разобрать примеры решения типовых задач по данной теме, а затем приступать к выполнению контрольной работы.

Студент должен выполнить от 1 до 5 контрольных работ (по указанию преподавателя). Если требуется выполнить нескольких контрольных работ в одном семестре, то решать их следует в том порядке, в котором они представлены в данном пособии. При решении многовариантных задач необходимо отвечать на вопросы в той последовательности, в какой они написаны в условии задачи. Для решения задач некоторых разделов физической химии требуется использование справочные данных по физико-химическим величинам.

Графики, которые необходимо выполнить, вычерчиваются на миллиметровой бумаге. Размер графика должен быть не менее 10´10 см, а на оси координат нанесены линии масштаба через равные интервалы. При необходимости величину по оси можно откладывать не с нулевого значения.

 

 

ПРОГРАММА

Теоретическая подготовка инженера по специальностям «Химическая технология неорганических веществ» и «Машины и аппараты химических производств и… В результате усвоения настоящей программы студент должен знать теоретические… Студент должен уметь применять на практике основные законы термодинамики и учений о равновесиях и направленности…

ЛИТЕРАТУРА

Основная

2. Физическая химия /Под ред. К.С. Краснова. – М.: Высшая школа, 1995. - 687 с. 3. Фролов Ю.Г., Белик В.В. Физическая химия. - М.: Химия. 1993. 4. Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. - М.: ВШ, 1991. - 319с.

Дополнительная

2. Киреев В.А. Курс физической химии. - М.: 1989. 3. Эткинс П. Физическая химия. – М.: Мир, 1980. т.1. - 582 с., т.2. - 584… 4. Глазов В.М. Основы физической химии. – М.: ВШ, 1981. - 456 с.

З а д а н и е 1

Для химической реакции с участием газообразных веществ, приведенной в табл.1, произвести следующие термодинамические расчеты: 1. Рассчитать тепловой эффект реакции при стандартной температуре при… 2. Вычислить тепловой эффект реакции при температурах Т1, Т2, Т3 по температурным зависимостям теплоемкостей.…

Вычислите DS при переходе 1 г воды при 273 К в пар при 150 °С, если теплота испарения воды при нормальной температуре кипения равна 9,82 ккал/моль, а теплоемкости воды СР, жид = 75,6 , СР, газ = 0,477 .

23. В сосуд, содержащий 1 дм³ воды при 20 °С, поместили кусок железа массой 100 г, нагретый до 473 К. Чему равно DS каждого тела и системы в целом при достижении температурного равновесия. Систему считать изолированной, а теплоемкости железа и воды принять равными 6,1 и 75,6 соответственно. Плотность воды r = 0,9975 г/см³.

24. 2 кг свинца нагрели до Т_пл = 327,3 °С и поместили в сосуд, содержащий 3,5 дм³ воды, начальная температура которой равна 15 °С. Вычислите DS каждого тела при достижении телами равенства температур, если система изолирована, плотность воды r = 0,9954 г/см³, а теплоемкости веществ равны: С_Р(Pb) = 5,77 + 2,02×10^-3×Т ; С_Р(Н₂О_жид) = 75,6 .

25. Вычислите DS в процессе охлаждения 300 г жидкого цинка от 500 °С до 273 К, если Т_пл = 420 °С, l_пл = 7,28 кДж/моль, а теплоемкости твердого и жидкого Zn равны: С_Р,тв = 5,25 + 2,70×10^-3×Т ; С_Р,жид = 7,5 .

З а д а н и е 3

1. Давление паров натрия при 827°С равно 60488 Н/м2. Определите давление паров натрия при 927°С, если теплота испарения натрия в рассматриваемом… 2. Удельный объем льда при 273 К равен 1,091 см3/г, а молярный объем воды при… 3. Вычислите плотность жидкого кадмия при Тпл = 321°С, если lпл кадмия 1,53 ккал/моль, плотность твердого Cd 8,64…

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2

по теме «Равновесие в системах «твердое тело – жидкость»»

 

 

З а д а н и е 1

Построить диаграмму фазового состояния (диаграмму плавкости системы А – В) на основании данных о температурах начала кристаллизации двухкомпонентной… 1) обозначить точками: I - жидкий плав , содержащий а% вещества А при… 2) определить составы химических соединений;

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3

по теме «Термодинамика растворов»

 

 

З а д а н и е 1

а) Выразить концентрацию водного раствора через молярность, моляльность, мольные доли и нормальность. Таблица 4 № варианта Растворенное вещество Масс.% ρ, г/см3 Т, К …

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 4

по теме «Химическая кинетика и катализ»

 

З а д а н и е 1

1. До начала реакции 1 литр раствора содержал 35,35 г Na2S2O3 и 18,25 г CH3J. Через 10 минут количество тиосульфата натрия уменьшилось до 27 г, а… 2. Кинетику некоторой реакции исследовали путем титрования проб одинакового…   Время, мин Объем титранта, см3 23,6 14,8 …

Фенилдиазохлорид разлагается по уравнению С6Н5N2Cl = С6Н5Cl + N2.

При 323 К и давлении 1 атм. были получены данные, приведенные в таблице. Определить порядок реакции и константу скорости реакции.

 

Время, мин					¥
Объем N2, см3	19,3	32,6	45,0	50,4	68,3

 

9. Разложение перекиси водорода Н₂О₂ = Н₂О + 1/2О₂ это реакция первого порядка. При 7°С период полураспада равен 10 минут. Сколько литров кислорода можно получить из 100 г 10 % масс. раствора перекиси при данной температуре и нормальном давлении за 15 минут?

10. Вещество А смешали в равных количествах с веществами В и С (а=в=с=0,1моль/л). Через 1000 секунд 50 % А прореагировало. Определите концентрацию вещества А через 2000 секунд, если данные вещества взаимодействовали по реакции: 1) первого порядка; 2) второго порядка; 3) третьего порядка.

11. Кинетику реакции разложения дибромянтарной кислоты

НООС-СНBr-CHBr-COOH = НООС-CH=CBr-COOH + HBr

(реакция первого порядка) изучали путем титрования проб одинакового объема раствором щелочи. Вычислите среднее значение константы скорости реакции и время, через которое разложится 30 % кислоты. Результаты титрования даны в таблице.

 

Время, мин
Объем щелочи, см3	12,11	12,44	12,68

 

12. В результате реакции формальдегида с перекисью водорода образуется муравьиная кислота НСНО + Н₂О₂ = НСООН + Н₂О (n=2). Если смешать равные объемы 1 М раствора перекиси и 0,01 М раствора формальдегида, то через 45 минут концентрация муравьиной кислоты становится равной 0,00215 моль/л. Определите константу скорости реакции и период полупревращения.

13. Реакция разложения аммиака протекает по уравнению

2NH₃ = N₂ + 3H₂.

Вычислите константу скорости реакции, если начальное давление в системе равнялось 200 мм рт.ст., а во время реакции давление в системе повышалось следующим образом:

 

Время, с
DР, Па

 

14. Для некоторой реакции второго порядка результаты приведены в таблице

 

Время, час
Концентрация×103, М	7,40	5,50	3,63	2,54

 

Исходные концентрации реагентов одинаковые и равны 0,01 М. Покажите графическим методом, что это реакция второго порядка и вычислите среднее значение константы скорости реакции.

15. Кинетику реакции 2А ® В, протекающей в жидкой фазе, изучали спектрофотометрическим методом. Получили следующие данные:

 

Время, мин					¥
Концентрация В, моль/л	0,089	0,153	0,200	0,230	0,312

 

Определите порядок реакции и константу скорости реакции.

16. При изучении кинетики разложения раствора N₂O₅ в CCl₄ получены следующие данные

 

Время, мин						¥
Объем О2, см3	11,4	19,9	23,9	27,2	29,5	34,75

 

Определите порядок реакции и вычислите среднее значение константы скорости реакции.

17. При 298 К константа скорости реакции второго порядка равна 0,056 с^-1×л/моль. Определите t_1/2 по компоненту В, если в начальный момент времени смешали 250 мл 0,25 М раствора А и 500 мл 0,05 М раствора В.

18. Реакция второго порядка протекает за 20 минут на 25%, если начальные концентрации А и В одинаковы и равны 0,01 моль/л. Определите концентрацию вещества А через 35 минут, если для реакции были взяты равные объемы 0,1 М раствора А и 0,05 М раствора В.

19. Определите порядок реакции С₂Н₄О_газ = CO_газ + CH₄,_газ и вычислите константу скорости реакции, если общее давление в системе изменялось следующим образом

 

Время, мин
Р×10-5, Па	0,155	0,163	0,168	0,172	0,178	0,188

 

20. Константа скорости реакции второго порядка равна 5,4 . Вычислите % вещества А, который прореагирует за 10 минут, если исходные концентрации А и В соответственно равны 0,02 и 0,05 моль/л.

21. Для реакции 2СО = СО₂ + С_тв при постоянной температуре в одном опыте общее давление уменьшилось с 786,6 до 693 мм рт.ст. за 30 минут, а в другом - с 535,3 до 468,1 мм рт.ст. за такой же промежуток времени. Определите порядок реакции и вычислите среднее значение константы скорости реакции.

22. Окисление FeCl₂ при помощи KClO₃ в присутствии HCl - реакция третьего порядка. Константа скорости реакции при температуре 295 К равна 1 мин^-1×л²/моль². Вычислите концентрацию хлорида железа через 2 часа после начала реакции, если исходную смесь приготовили путем сливания равных объемов трех 0,1 М растворов.

23. Радикал ClO^. быстро распадается по реакции 2ClO^. = Cl₂ + O₂. При изучении кинетики данной реакции получили следующие данные:

Время×103, с	0,12	0,62	0,96	1,60	3,20	4,00	5,75
Концентрация ClO×106, М	8,49	8,09	7,10	5,79	5,20	4,77	3,95

 

Определите порядок реакции и среднее значение константы скорости реакции.

24. При изучении кинетики гидролиза сахарозы были получены следующие данные

 

Время, мин
Концентрация С12Н22О11, моль/л	0,500	0,451	0,363	0,315	0,267

 

Определите порядок реакции, значение константы скорости реакции аналитическим и графическим методами.

Изучали кинетику реакции NH4CNO = (NH2)2CO. Цианат аммония массой 22,9 г растворили в воде и объем раствора довели до 1 дм3. Определите порядок, константу скорости реакции и массу цианата через 300 минут после начала реакции, если содержание мочевины в растворе изменялось следующим образом

 

Время, мин
Масса мочевины, г		7,0	12,1	13,8	17,7

 

 

З а д а н и е 2

Для реакции протекающей по n - ному порядку, получены значения констант скорости при различных температурах. Для реакций с n = 1 константа имеет размерность с^-1, а для n = 2 размерность будет см³/с^.моль. Рассчитать:

1. Энергию активации.

2. Предэкспоненциальный множитель.

3. Теплоту активации.

4. Температурный коэффициент скорости реакции.

5. Количество вещества израсходованное за время τ, если начальные концентрации равны С₀ (кмоль/м³ ).

 

Таблица 9

№	Реакция	Т, К	k	τ,мин	С0
	Cl Гидролиз (СН2)6 в водном 80%-м этаноле Cl		1,06.10-5 3,19.10-4 9,86.10-4 2,92.10-3		0,03
	N2O5→N2O4+1/2O2 n = 1	273,1 288,1 283,1 298,1	7,87.10-7 1,05.10-5 1,76.10-5 3,38.10-5		0,1
	Разложение ацетонодикарбоновой кислоты в водном растворе n = 1	273,2 293,2 313,2 333,2	2,46.10-5 47,5.10-5 576.10-5 5480.10-5		2,83
	N2O5→N2O4+1/2O2 n = 1	273,2 298,2 308,2 318,2	7,67 .10-7 3,46 .10-5 1,46 .10-4 1,98 .10-4		1,83
	С2Н5Вr→C2Н4+НBr		4,539.10-3 7,194.10-3 1,125.10-2 1,741.10-2		2,38
	N2O4→ 2NO2 n = 1		3,288.10-6 6,652.10-6 1,259.10-7 2,398.10-7		1,87
	Цикло-(СН3СНО)3→3СН3СНО n = 1		5,175.10-5 1,238.10-4 2,345.10-4 6,455.10-4		2,83
	СН3СН=СНСН3+HBr→СН3СН2СНBrCH3		7,638.10-7 2,055.10-6 6,309.10-6 1,888.10-5		1,75
	Н2+С2Н4→С2Н6 n = 2		7,413.10-3 1,343.10-2 2,38 .10-2 4,179.10-2		0,93
	Н2+J2→2HJ n = 2		7,834.10-4 1,714.10-3 3,243.10-3 7,48 .10-3		0,87
	HJ+CH3J→CH4+J2 n = 2		9,954.10-5 2,780.10-4 7,396.10-4 1,884.10-3		2,5
	Н2+J2→2HJ n=2		2,938.10-6 7,096.10-6 1,652.10-5 3,732.10-5		1,67
	2NO2→2NO+O2 n = 2		1,119.10-4 4,130.10-4 1,119.10-3 2,999.10-3		3,85
	СН3СООС2Н5+NaOH→СН3СООNa+ +C2H5OH n = 2		24,378 48,865 93,540 122,460	104,5	0,8
	CH3Br+NaJ→CH3J+NaBr n = 2 растворитель – вода		8,395.10-2 2,075.10-1 7,55.10-1 2,032		1,52
	2Н2С=НС - CH=СН2 → СН2 - СН2 СН2=С СН CH СН2 – СН2 n = 2		0,531 0,751 1,19 1,40		0,87
	2Н2С=НС - CH=СН2 → СН2 - СН2 СН2=С СН СН СН2 – СН2   n = 2		1,70 2,43 4,18 9,85		0,96
	СН4+Н2О→СО+3Н2 n = 2		0,14.10-4 0,28.10-4 0,14.10-3 0,012		0,5
	N2O5→N2O4+1/2O2 n = 2	298,1 308,1 313,1 318,1	3,38 .10-5 1,35 .10-4 2,47 .10-4 4,98 .10-4		0,95
	СН4+Н2→С2Н6 n = 2		4,18 .10-2 7,15 .10-2 1,99 .10-1 7,59 .10-1		1,60
	СН3СН=СНСН3+НBr→ →СН3СН2СНBrCH3 n = 2		1,89 .10-5 5,19 .10-5 5,90 .10-4 3,020 .10-3		0,03
	Н2+J2→2HJ n = 2		7,48 .10-3 1,50 .10-2 2,93 .10-2 5,61 .10-2		0,1
	N2O5→N2O4+1/2O2 n = 1	318,1 323,1 328,1 338,1	4,98 .10-4 7,59 .10-4 1,50 .10-3 4,8 .10-3		0,87
	2NO2→2NO+O2 n = 2		3,00.10-3 7,50.10-3 1,79.10-2 4,08.10-2		1,75
	2Н2С=СН – СН=CH2→ СН2 – СН2 – СН2 → СН2= С / СН2 – СН = СН n = 2		9,85 25,4 44,5 84,4		1,90

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 5

по теме «Электрохимические процессы»

 

З а д а н и е 1

1. Рассчитать, оформить в виде таблицы и построить графики зависимостей удельной, эквивалентной электропроводностей и степени диссоциации от… 2. Рассчитать константы диссоциации электролита для всех концентраций и… 3. Определить, при какой концентрации степень диссоциации вещества в растворе равна 0,1 и чему равно рН данного…

З а д а н и е 2

1. ЭДС гальванического элемента, работающего за счет реакции Cd + PbCl2 = CdCl2 + Pb равна 0,1880 В при 298 К, (dE/dT)P = -4,8×10-4 В/К. Вычислите тепловой эффект реакции и изменение энтропии.

Содержание

 

Введение................................................................................................................................. 3

Программа курса ................................................................................................................... 3

Литература ............................................................................................................................. 8

Контрольная работа 1............................................................................................................ 9

Контрольная работа 2............................................................................................................ 16

Контрольная работа 3............................................................................................................ 25

Контрольная работа 4............................................................................................................ 28

Контрольная работа 5............................................................................................................ 35