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 ∆С_р = f(T), рассчитать ∆С_р при 5 температурах (К): 298, указанной в таблице температуре Т и трех температурах, взятых из интервала (298÷Т); по полученным данным построить график зависимости ∆С_р = 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 (∆Н^о₂₉₈, ∆S^о₂₉₈, ∆G^о₂₉₈);

3) вывести аналитическую зависимость изменения энтальпии от температуры ∆Н^о_т = f(Т), рассчитать изменение энтальпии при тех же температурах, которые указаны в п. 1, построить график зависимости ∆Н^о_т = f(Т);

4) рассчитать ∆S⁰_т; ∆G⁰_т при заданной температуре Т;

5) рассчитать константу равновесия (К^о) 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 № 3 Расчет 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 Т вычислите 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 + 2 e	Е = 0,6990 – 7,4·10-4(Т – 298)
	C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2 e	Е= 0,6990 – 7,4·10-4(Т – 298)
	C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2 e	E = 0,6990 – 7,4·10-4(T – 298)
	C6H4O2 + 2H+ = = C6H4(OH)2 + 2 e	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 № 4 Расчет кинетических характеристик химических реакций

По значениям констант скоростей К₁ и К₂ при двух температурах Т₁ и 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 с _о (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.