На главную

 
Аспирантура
Книги и пособия
Кафедра катализа и адсорбции
Кафедра физической химии
Версия для печати | Главная > Образование > Кафедра физической химии > Химическая термодинамика > ... > Задачи по химической термодинамике > 3. Химическое равновесие в гетерогенных системах

Химическое равновесие в гетерогенных системах

3.1. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах.

Фазовые переходы I и II рода. Соотношение Клапейрона - Клаузиуса. Равновесие “пар - жидкость” и “пар-твердая фаза”. Равновесие “твердая фаза-твердая фаза”. Равновесие “расплав - твердое тело”. Критическое состояние вещества. Примеры фазовых равновесий (диаграмм) в однокомпонентных системах. Правила Трутона.

3.2. Фазовыеравновесия в двух- и многокомпонентных системах

Парциальные молярные величины. (Однородные функции первого порядка, теорема Эйлера.) Условия равновесия в многофазных многокомпонентных системах. Правило фаз Гиббса. Уравнение Гиббса-Дюгема. Функции смешения идеальных и неидеальных смесей: энтропия, энтальпия, потенциал Гиббса и объем смешен ия. Избыточные функции смешения. Критерий Редлиха - Кистера

3.3. Фазовые равновесия «жидкость - пар» и «жидкость - жидкость» в двух- и многокомпонентных системах.

Классификация растворов: совершенные (идеальные), предельно-разбавленные, регулярные, атермальные. Законы Рауля и Генри. Законы Коновалова. Основные типы диаграмм равновесия “жидкость - пар”. Химический потенциал компонента в растворе, различные типы используемых стандартных состояний. Предельно разбавленные растворы. Равновесие “пар - жидкость” в системе двух несмешивающихся жидкостей или жидкостей с ограниченной растворимостью. Расслоение регулярного раствора. Равновесия в растворах нелетучих веществ в летучих растворителях (бинарный раствор - чистый компонент).

3.4. Равновесия «жидкость - твердое тело» в двух- и многокомпонентных системах.

Основные типы диаграмм равновесия двухкомпонентных систем “жидкость - твердое тело”. Уравнение Шредера. Литостатическое давление, сила кристаллизации. Коллигативные свойства: эбуллиоскопия, криоскопия, осмос. Равновесия в системах с клатратами (на примере газовых гидратов). Некоторые представления о фазовых равновесиях в трехкомпонентных системах.

3.5. Осмос


3.1. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах

Переход к разделу

110. (1/2-00).* Зависимость температуры плавления Sn от давления (в бар) передается выражением t(&3176;С) = 231,8 + 0,0032(P–1). Найти плотность твердого олова ρ тв, учитывая, что Qпл = 7,2 кДж/моль и ρж = 6,988 г/см3. Молекулярная масса олова 119.
Решение

111. (1/2-05). При 1 бар, 125оС твердые модификации селен (1) и селен (2) равновесно сосуществуют. Энтропии Se(1) и Se(2) равны соответственно 31 и 42 Дж/К.моль. Полагая теплоемкости этих двух фаз равными, вычислить изменения энергии Гиббса при переходе Se(1) → Se(2) при 25° С. Какая фаза селена устойчива при 25° С: Se(1) или Se(2)?

112. (2/2-06). При давлении 1 атм довели температуру 1 моля кристаллического нафталина до температуры плавления. Какое количество тепла необходимо подвести извне для перевода полученного нафталина в жидкое состояние? Известно, что температура плавления нафталина зависит от давления (P, атм) следующим образом:

t° C = 79,8 + 0,0373·P + 1,9·10–6·P2.

Разность мольных объемов жидкого и твердого нафталина равна
Δ V = 18,69 см3/моль.

113. (3/2-97). Давление насыщенного пара (бар) над жидким йодом описывается температурной зависимостью

lgP = –3212/T – 5,193 lgT + 23,705.

Найти теплоемкость газообразного йода, если теплоемкость жидкого йода при температуре кипения 114 °С равна 80,26 Дж/моль·К.

114. (3/Э-01). Давление пара ртути выражается уравнением

lg(Р/торр)  = –3328/T – 0,848 lgT + 10,53.

Определить теплоту испарения ртути при температуре кипения (356,66 °С) и удельную теплоемкость жидкой ртути.

115. (1/2-08). Зависимости давления насыщенного пара для твердой и жидкой муравьиной кислоты (в мм рт. ст.) от температуры выражаются уравнениями: lg P тв =12,486 3160 T ,lg P ж =7,484 1860 T . MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaciiBaiaacEgacaWGqbWaaSbaaSqaaiaadkebcaWGYqaabeaakiabg2da9iaaigdacaaIYaGaaiilaiaaisdacaaI4aGaaGOnaiabgkHiTmaalaaabaGaaG4maiaaigdacaaI2aGaaGimaaqaaiaadsfaaaGaaiilaiaaywW7ciGGSbGaai4zaiaadcfadaWgaaWcbaGaamOneaqabaGccqGH9aqpcaaI3aGaaiilaiaaisdacaaI4aGaaGinaiabgkHiTmaalaaabaGaaGymaiaaiIdacaaI2aGaaGimaaqaaiaadsfaaaGaaiOlaaaa@54A9@

Рассчитать теплоты испарения, сублимации и плавления. Рассчитать энтропии испарения и сублимации в нормальных точках испарения и сублимации. Рассчитать координаты тройной точки.

116. (3/Э-08). Замечено, что в диапазоне температур от 10 ° С до 25 ° С давление насыщенных паров воды приблизительно следует правилу: "сколько градусов – столько мм рт. ст.". Оцените теплоту испарения воды и температуру кипения воды при атмосферном давлении.

117. (2/2-03). По мотивам книги Роберта Хайнлайна "Фермер в небе": "Во время полета давление было десять фунтов; теперь капитан Хэтти спустила его до трех, то есть до нормального давления на Ганимеде. Ясно, что трех фунтов кислорода вполне достаточно для жизни; на Земле его, кстати, не больше – остальные двенадцать фунтов приходятся на долю азота. Но когда давление падает так внезапно, вы начинаете судорожно хватать ртом воздух….".
Ганимед – спутник Юпитера, сила тяжести ~ 1/3 земной.
Удастся ли колонистам планеты Ганимед сварить куриное яйцо? Если нет, предложите свой способ, используя подручные средства. Ответ обоснуйте. Температура денатурации белка 62 °С.

 

Δ f H 298 o MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadAgaaeqaaOGaamisamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3CA3@ ,
кДж/моль

S 298 o MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4uamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3A27@ ,
, Дж/моль·К

C p,298 o MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4qamaaDaaaleaacaWGWbGaaiilaiaaykW7caaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3D47@ ,
, Дж/моль·К

Н2О (ж)

Н2О (г)

–285,83

–241,82

69,95

188,84

75,3

33,6

118. (2/2-04). Можно ли высушить белье при температуре –10о С в зимнем приморском городе на открытом воздухе? В этом городе при –10° С влажность воздуха, приведенная в виде давления насыщенных паров воды, колеблется в интервале 2,00 – 2,10 торр. Известно, что:

а) белье всегда "замерзает" при указанной температуре;

б) изменение энергии Гиббса для процесса Н2О(ж., –10 °С) → Н2О(тв., –10 оС) составляет –212,4 Дж/моль;

в) при –10 °С равновесное давление насыщенных паров над жидкой водой равно 2,149 торр.

119. (1/2-01). Сколько тонн воды может испариться с 1 км2 влажной земли в ясный безветренный летний день, если считать, что лимитирующий фактор – поступление солнечного тепла, которое составляет в среднем 4,18 Дж/(с· см2) в течение 8-часового дня?

Какой минимальный объем воздуха нужен, чтобы вместить это количество воды при температуре почвы и воздуха 25 °С? Давление насыщенного пара воды при 11,3 °С равно 10 торр, а теплота испарения 2433 Дж/г.

120. (3/Э-06). Коньки, заточенные "под желобок", имеют толщину острия лезвия около 50 мкм.

Оцените температуру плавления льда под спортсменом весом 70 кг на коньках длиной 30 см. Плотность воды 1 г/см3, льда – 0,9 г/см3. Молекулярная масса воды 18 г/моль .

121. (6/2-01).Оцените температуру, при которой максимальна плотность насыщенных паров серы Ткип(S) = 444.6 °C; Tкр(S) = 1040 °C; ΔиспH = 2200 кал/моль. Считать, что ΔиспH не зависит от температуры, а вещество в газовой фазе подчиняется уравнению состояния идеального газа.

122. (5/Э-97). Состояние воды в широком диапазоне температур и давлений достаточно хорошо описывается уравнением Ван-дер-Ваальса:

p= RT Vb a V 2 MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamiCaiabg2da9maalaaabaGaamOuaiaadsfaaeaacaWGwbGaeyOeI0IaamOyaaaacqGHsisldaWcaaqaaiaadggaaeaacaWGwbWaaWbaaSqabeaacaaIYaaaaaaaaaa@3FFE@ , a = 5,46·10–6 м6·бар·моль–2, b = 31·10–6 м3·моль–1.

Оценить по этим данным параметры критического состояния воды (PK, TK, VK). Какой термодинамической вариантностью характеризуется эта точка?


3.2. Фазовые равновесия в двух- и многокомпонентных системах

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть


3.3. Фазовые равновесия “жидкость-пар” и “жидкость-жидкость” в двух- и многокомпонентных системах

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть


3.4. Равновесия “жидкость – твердое тело” в двух- и многокомпонентных системах

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть


3.5. Осмос

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть



Copyright © catalysis.ru 2005-2020