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 Тпл = 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: СР(Pb) = 5,77 + 2,02×10-3×Т ; СР(Н2Ожид) = 75,6 .

25. Вычислите DS в процессе охлаждения 300 г жидкого цинка от 500 °С до 273 К, если Тпл = 420 °С, lпл = 7,28 кДж/моль, а теплоемкости твердого и жидкого Zn равны: СР,тв = 5,25 + 2,70×10-3×Т ; СР,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 t1/2 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 С2Н4Огаз = COгаз + 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 + Ств 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