Порядок выполнения семестрового задания
Самостоятельная работа студентов
по дисциплине “Физическая химия
Направление: 240801.65 “ Энерго и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии”
Профиль: “Машины и аппараты химических производств”
Кировский вечерний факультет
заочная форма обучения
(сокращенная программа обучения)
Самостоятельная работа студентов в данном семестре включает в себя выполнение семестрового задания состоящего из четырех задач (задание № 1 “Термодинамика химических реакций”, № 2 Расчет теплоты испарения и давлений насыщенного пара индивидуальных веществ, № 3
Расчет термодинамических характеристик химической реакции, проходящей в гальваническом элементе, № 4 Расчет кинетических характеристик химических реакций).
Многовариантные семестровые задания
Задание № 1. “Термодинамика химических реакций”
Для химической реакции заданного варианта (табл. 6.1), протекающей при P = const (ключевая температура Т выделена в таблице):
1)вывести аналитическую зависимость изменения теплоемкости от температуры ∆Ср = f(T), рассчитать 
∆Ср при 5 температурах (К): 298, указанной в таблице температуре Т и трех температурах, взятых из интервала (298÷Т); по полученным данным построить график зависимости ∆Ср = f(T);
2) рассчитать: изменение энтальпии (тепловой эффект реакции при Р = const) по теплоте образования веществ, изменение энтропии, изменение свободной энергии Гиббса при стандартных условиях (∆Но298, ∆Sо298, ∆Gо298);
3) вывести аналитическую зависимость изменения энтальпии от температуры ∆Нот = f(Т), рассчитать изменение энтальпии при тех же температурах, которые указаны в п. 1, построить график зависимости ∆Нот = f(Т);
4) рассчитать ∆S0т ; ∆G0т при заданной температуре Т;
5) рассчитать константу равновесия (Ко) при температуре 298 К и при заданной температуре Т.
На основании проведенных расчетов сделать следующие выводы:
1) о том, какая это реакция – экзо- или эндотермическая (выделяется или поглощается теплота при прохождении реакции);
2) о том, как влияет температура на тепловой эффект реакции;
3) о том, в какую сторону смещено химическое равновесие;
4) о том, как влияет температура на положение равновесия;
5) о том, как влияет давление на положение равновесия.
Выводы должны быть обоснованы с привлечением соответствующих законов.
При расчетах должно быть учтено, что все вещества, участвующие в химической реакции находятся в газообразном состоянии.
Таблица 6.1
| Вариант | Химическая реакция | Варианты ключевых температур (Т, К) | ||
| H2 + F2 = 2 HF | ||||
| H2 + Cl2 = 2 HCl | ||||
| H2 + Br2 = 2 HBr | ||||
| H2 + I2 = 2 HI | ||||
| 2 H2 + O2 = 2 H2O | ||||
| 2 CO + O2 = 2 CO2 | ||||
| CO + Cl2 = COCl2 | ||||
| N2 + O2 = 2 NO | ||||
| 2 NO2 = 2 NO + O2 | ||||
| N2 + 3 H2 = 2 NH3 | ||||
| 2 SO2 + O2 = 2 SO3 | ||||
| С2H2 + H2 = C2H4 | ||||
| C3H6 + H2 = C3H8 пропен пропан | ||||
| C4H8 = C4H6 + H2 1-бутен 1,2-бутадиен | ||||
| C4H8 + H2 = C4H10 1-бутен бутан | ||||
| C6H6 + 3 H2 = C6H12 бензол циклогексан | ||||
| CO + 2 H2 = CH3OH метанол | ||||
| CH2O + H2 = CH3OH формальдегид метанол | ||||
| CHCl3 + Cl2 = = CCl4 + + HCl | ||||
| CH3Cl + 2 Cl2 = = CHCl3 + 2 HCl |
Задание № 2 Расчет теплоты испарения и давлений насыщенного пара индивидуальных веществ
Рассчитать теплоту испарения вещества и его давление насыщенного пара при температуре Т3, если известны давления насыщенного пара Р1 и Р2 при температурах Т1 и Т2, соответственно (табл. 6.3).
Таблица 6.3
| Вариант | Т1, К | Р1, Па | Т2, К | Р2, Па | Т3, К |
| 272,2 | 533,2 | 283,2 | 982,0 | 300,0 | |
| 275,2 | 656,0 | 288,3 | 1610,0 | 315,0 | |
| 260,0 | 23327,0 | 270,0 | 31860,0 | 290,0 | |
| 265,0 | 27190,0 | 278,0 | 40290,0 | 345,0 | |
| 60,0 | 12663,0 | 69,0 | 31992,0 | 75,0 | |
| 105,0 | 17329,0 | 112,0 | 29653,0 | 120,0 | |
| 114,0 | 34738,0 | 116,0 | 46435,0 | 110,0 | |
| 273,2 | 4786,0 | 298,2 | 12697,0 | 285,0 | |
| 282,5 | 6665,0 | 306,7 | 16396,0 | 300,0 | |
| 312,5 | 18929,0 | 316,5 | 21328,0 | 325,0 | |
| 190,0 | 31192,0 | 200,0 | 46655,0 | 220,0 | |
| 196,0 | 38657,0 | 215,0 | 69476,0 | 235,0 | |
| 207,0 | 55986,0 | 221,0 | 77314,0 | 240,0 | |
| 220,0 | 648480,0 | 239,0 | 1005114,0 | 270,0 | |
| 212,0 | 592751,0 | 223,0 | 674824,0 | 300,0 | |
| 223,0 | 674824,0 | 241,0 | 1065237,0 | 290,0 | |
| 277,2 | 1826,0 | 281,4 | 2372,0 | 350,0 | |
| 285,2 | 2932,0 | 288,7 | 3279,0 | 340,0 | |
| 236,0 | 63315,0 | 249,0 | 86645,0 | 295,0 | |
| 246,0 | 78647,0 | 252,5 | 96942,0 | 310,0 | |
| 1832,0 | 187,0 | 1905,0 | 387,0 | 2050,0 | |
| 1956,0 | 573,0 | 2040,0 | 973,0 | 2100,0 | |
| 303,0 | 37724,0 | 311,0 | 51729,0 | 400,0 | |
| 293,0 | 26660,0 | 316,0 | 63317,0 | 370,0 | |
| 275,2 | 4000,0 | 278,2 | 4530,0 | 300,0 |
Задание № 3Расчет термодинамических характеристик химической реакции, проходящей в гальваническом элементе
Для реакции, протекающей обратимо в гальваническом элементе, дано уравнение зависимости Э.Д.С. от температуры (табл. 6.4). При заданной температуре Твычислите Э.Д.С. Е, изменение энергии Гиббса ΔG, изменение энтальпии ΔН, изменение энтропии ΔS, изменение энергии Гельмгольца ΔF (ΔA) и теплоту Q, выделяющуюся или поглощающуюся в этом процессе (указать, выделяется или поглощается теплота при работе рассматриваемого гальванического элемента). Расчет производится для 1 моль реагирующего вещества.
Таблица 6.4
| Вариант | Реакция | Уравнение Е = f(T) | Температура Т, К |
| C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2e | Е = 0,6990 – 7,4·10-4(Т – 298) | ||
| C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2e | Е= 0,6990 – 7,4·10-4(Т – 298) | ||
| C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2e | E = 0,6990 – 7,4·10-4(T – 298) | ||
| C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2e | E = 0,6990 – 7,4·10-4(T – 298) | ||
| Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag | E = 1,25 – 4,02·10-4 · Т | ||
| Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag | E = 1,25 – 4,02·10-4 · Т | ||
| Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag | E = 1,25 – 4,02·10-4 · Т | ||
| Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag | E = 1,25 – 4,02·10-4 · Т | ||
| Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg | E =1,4328 – 1,19·10-3(T – 298) | ||
| Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg | E = 1,4328– 1,19·10-3(T – 298) | ||
| Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg | E =1,4328 – 1,19·10-3(T – 298) | ||
| Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg | E =1,4328 – 1,19·10-3(T – 298) | ||
| Ag + Cl- = AgCl | Е = 0,2224 – 6,4·10-4(Т – 298) | ||
| Ag + Cl- = AgCl | Е = 0,2224 – 6,4·10-4(Т – 298) | ||
| Ag + Cl- = AgCl | Е = 0,2224 – 6,4·10-4(Т – 298) | ||
| Ag + Cl- = AgCl | Е = 0,2224 – 6,4·10-4(Т – 298) | ||
| Cd + Hg2SO4 = = CdSO4 + 2Hg | Е =1,0183 – 4,06·10-5(T – 293) | ||
| Cd + Hg2SO4 = = CdSO4 + 2Hg | Е =1,0183 – 4,06·10-5(T – 293) | ||
| Cd + Hg2SO4 = = CdSO4 + 2Hg | Е =1,0183 – 4,06·10-5(T – 293) | ||
| Cd + Hg2SO4 = = CdSO4 + 2Hg | Е =1,0183 – 4,06·10-5(T – 293) | ||
| Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag | E = 0,869 – 6,5·10-4 ·T | ||
| Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag | E = 0,869 – 6,5·10-4 ·T | ||
| Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag | E = 0,869 – 6,5·10-4 ·T | ||
| Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag | E = 0,869 – 6,5·10-4 ·T | ||
| Cd + PbCl2 = CdCl2 + Pb | E = 0,331 – 4,8·10-4 ·T |
Задание № 4Расчет кинетических характеристик химических реакций
По значениям констант скоростей К1 и К2 при двух температурах Т1и Т2, представленных в табл. 6.5, определить: энергию активации указанной реакции; константу скорости реакции при температуре Т3; температурный коэффициент константы скорости реакции; установить подчиненность данной реакции правилу Вант-Гоффа; рассчитать концентрацию реагентов и израсходованное количество вещества за время t, если исходная концентрация равна со (табл. 6.5); период полураспада.
Принять, что порядок реакции и молекулярность совпадают.
Таблица 6.5
| Вари-ант | Реакция | К1 | К2 | Т1, К | Т2, К | Т3, К | Время t, мин | С0,моль/л |
| H2+Br2®2HBr | 0,0856 | 0,00036 | 574,2 | 497,2 | 483,0 | 0,03 | ||
| H2+Br2®2HBr | 0,0159 | 0,0026 | 550,0 | 524,0 | 568,0 | 0,10 | ||
| H2+I2®2HI | 0,00146 | 0,0568 | 599,0 | 672,0 | 648,0 | 1,83 | ||
| H2+I2®2HI | 0,0859 | 0,375 | 683,0 | 716,0 | 693,0 | 1,83 | ||
| 2HI®H2+I2 | 9,42*10-7 | 0,0031 | 456,0 | 700,0 | 923,0 | 2,38 | ||
| 2HI®H2+I2 | 8,09*10-5 | 0,1259 | 628,0 | 780,0 | 976,0 | 1,87 | ||
| 2NO®N2+O2 | 1526,0 | 1251,0 | 1423,0 | 2,83 | ||||
| 2N2O®2N2+O2 | 6,72 | 986,0 | 1165,0 | 1059,0 | 1,75 | |||
| N2O5®N2O4+1/2O2 | 0,00203 | 0,000475 | 298,0 | 288,0 | 338,0 | 0,93 | ||
| PH3®P+3/2H2 | 0,0183 | 0,0038 | 953,0 | 918,0 | 988,0 | 0,87 | ||
| SOCl2®SO2+Cl2 | 6,09*10-5 | 0,00132 | 552,0 | 593,0 | 688,0 | 2,50 | ||
| C2H5ONa+C2H5I® C2H5OC2H5+NaI | 1,0 | 7,15 | 283,0 | 305,0 | 383,0 | 1,67 | ||
| Вари-ант | Реакция | К1 | К2 | Т1, К | Т2, К | Т3, К | Время t, мин | С0,моль/л |
| CO+H2O®CO2+H2 | 0,00032 | 0,00815 | 288,0 | 313,0 | 303,0 | 3,85 | ||
| COCl2®CO+Cl2 | 0,0052 | 0,00676 | 655,0 | 745,0 | 698,0 | 104,5 | 0,80 | |
| C2H5ONa+CH3I® C2H5OCH3+NaI | 0,0336 | 2,125 | 273,0 | 303,0 | 288,0 | 0,87 | ||
| CH2OHCH2Cl+KOH®CH2OHCH2OH + +KCl | 0,68 | 5,23 | 298,0 | 317,0 | 303,0 | 0,96 | ||
| CH2ClCOOH+H2O®CH2OHCOOH+ + HCl | 2,22*10-5 | 0,00237 | 353,0 | 403,0 | 423,0 | 0,50 | ||
| CH3CO2C2H5+NaOH®CH3CO2Na + +C2H5OH | 2,306 | 21,65 | 282,0 | 318,0 | 343,0 | 0,95 | ||
| CH3CO2CH3+H2O ® CH3COOH+CH3OH | 0,029 | 1,04 | 273,0 | 298,0 | 285,0 | 3,89 | ||
| C6H5CH2Br + + C2H5OH® C6H5CH2OC2H5+ + HBr | 1,44 | 2,01 | 298,0 | 338,0 | 318,0 | 2,67 | ||
| C12H22O11+H2O® C6H12O6+C6H12O6 | 0,765 | 36,5 | 298,0 | 328,0 | 313,0 | 2,60 | ||
| Вари-ант | Реакция | К1 | К2 | Т1, К | Т2, К | Т3, К | Время t, мин | С0,моль/л |
| CH3C6H4N2Cl+H2O® CH3C6H4OH + +N2+HCl | 0,0066 | 0,165 | 298,0 | 313,0 | 353,0 | 0,65 | ||
| NaBO3+H2O® NaH2BO3+1/2O2 | 0,00125 | 0,105 | 288,0 | 313,0 | 365,0 | 1,55 | ||
| 2H2O2®H2O+1/2O2 | 0,125 | 5,88 | 273,0 | 298,0 | 303,0 | 1,58 | ||
| 2NCl3®N2+3/2Cl2 | 2,53 | 10,88 | 298,0 | 313,0 | 353,0 | 12,5 | 6,5 |
Примечание: размерности К – мин–1 (для реакций первого порядка);
л·моль–1 · мин–1 (для реакций второго порядка).
Порядок выполнения семестрового задания
1. Расчет выполняется вручную, при необходимости справочные данные могут быть согласованы с преподавателем.
2. Семестровая работа оформляется на листах формата А4. На титульном листе указывается наименование университета, кафедры, выполняемой работы; фамилия и инициалы студента, группа, в которой обучается студент; должность, фамилия и инициалы преподавателя. Внизу титульного листа указывается год выполнения семестровой работы.
3. В работе должны быть приведены необходимые справочные данные, пояснения, расчетные формулы. Графики могут быть выполнены на миллиметровой бумаге. Разрешается выполнение графиков на компьютере с приложением соответствующей распечатки.
4. Возможна проверка расчетов по предложению преподавателя на компьютере в компьютерном классе кафедры (ауд. ГУК–305) с получением распечатки результатов расчета.
5. Семестровая работа оценивается преподавателем после ее проверки и опроса по соответствующим темам курса физической химии.
Номер варианта совпадает с порядковым номером в групповом журнале.
ПРИМЕР ОФОРМЛЕНИЯ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА
Министерство образования и науки РФ
Волгоградский государственный технический университет
Кафедра «Аналитическая, физическая химия и
физико-химия полимеров»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Физическая химия»
Вариант №1
Выполнил:
ст. гр. ЭРЗ-292с
Иванов И.И.
Проверил:
Духанина Е.Г.
Волгоград, 2015.