Лабораторные работы и задачи по физической химии (стр. 2 )

Решение.

В 15 мл 1М раствора соляной кислоты содержится n = 0,015 моль HCl. Поэтому

Задача 4. Вычислите при стандартных условиях 1) тепловой эффект, 2) изменение энтропии, 3) константу равновесия и 4) тео-ретический выход продуктов обратимой реакции взаимодействия уксусной кислоты с этиловым спиртом

если исходные количества реагентов равны:

а) по 2 моля спирта и уксусной кислоты;

б) 1 моль спирта и 2 моля кислоты.

Решение:

1) DНor = Sni DНoпрод - Sni DНoисх = (-469,,4,9)=

= (-755,,9) = 6,56 кДж = 6560 Дж.

2) DSor = Sni Soпрод - Sni Soисх= (259 + 69,,7 + 159,8) =

= 328,9,5 = 8,46 Дж/K.

3) lnKð = DSor/R - DHor/RT = 8,46/8,314 - [6560/(8,314´298)] =

= 1,,644 = -1,627, следовательно, Кр = e-1,627 = 0,196.

Так как реакция идет без изменения числа молей и без участия газообразных веществ Кр = Кс.

4) В случае (а) при равновесии образуется х молей эфира и х молей воды; при этом остается (2-х) моля спирта и (2-х) моля кислоты. Следовательно, Кс = х2/(2 - х)2 = 0,196.

Решая это уравнение относительно х, получаем

х/(2 - х) = Ö0,196 = 0,442;

х = 0,442(2 - х) = 0,,442х;

1,442х = 0,884; х = 0,884/1,442 = 0,613 моля.

В случае (б) в реакционной смеси при равновесии содержится (1 - х) моля спирта и (2-х) моля кислоты. Отсюда

Кс = х2/((1 - х)(2 - х)) = 0,196; х2/(2 - 3х + х2) = 0,196;

0,804х2 + 0,588х - 0,392 = 0.

Решая это уравнение, получаем:

D = Ö0,5´0,804(-0,392) = 1,267;

х1,2 = (-0,588 ± 1,267)/1,608;

х1 = 0,679/1,608 = 0,422 моля,

х2 = -1,855/1,608 = -1,154 моля.

(х2 не имеет физического смысла и отбрасывается).

Задача 5. Вычислите изменение внутренней энергии системы при испарении 0,054 кг воды, если теплота испарения её 40,66 кДж/моль, а работа расширения равна 1,3 кДж/моль.

Решение. В соответствии с первым началом термодинамики

DU = Q - pDV или, с учетом числа молей, DU = nDÍисп - npDV. Так как n = m/M = 54/18 = 3, получим: DU = 3 ´ 40,66 - 3 ´ 1,3 = 118,08 кДж.

Задача 6. Вычислите изменение энтропии при испарении 0,18 кг воды при 100оС. Теплота испарения воды равна 40660 Дж/моль.

Решение. При изотермических условиях DS = nQ/Т, где n - количество вещества в молях, Т - температура. 0,18 кг воды соответствуют 10 молям. Значит

DS = 10 ´ 40660/373 = 1090,08 Дж/К.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1. На испарение некоторого количества воды требуется затратить 10,01 кДж энергии. При этом работа расширения пара составляет 0,32 кДж. Рассчитайте, сколько воды (в молях) подвергается испарению и каково при этом изменение внутренней энергии системы.

Ответ: 0,246 моля; 9,69 кДж.

Задача 2. Рассчитайте мольную теплоту (энтальпию) образования этанола из простых веществ по реакции:

2С (т) + 3Н2 (г) + 5О2 (г) = С2Н5ОН (ж) + DНоf,

используя данные о стандартных теплотах сгорания веществ, участвующих в реакции.

Ответ: 277,57 кДж/моль.

Задача 3. Рассчитайте тепловой эффект реакции образования метана из простых веществ при постоянном объёме, если при постоянном давлении он равен -74,85 кДж/моль.

Ответ: - 77,327 кДж/моль.

Задача 4. С помощью стандартных теплот образования веществ вычислите тепловой эффект, изменение энергии Гиббса и константу равновесия Кр реакции С2Н5ОН(г) = С2Н4(г) + Н2О(г) при температуре 450 К.

Ответ: DНo450 = 46,29 кДж; DGî450 = -3,29 кДж; Кр = 19,03.

Задача 5. Рассчитайте изменение энтропии в процессах: а) нагревания 108 г воды от 20оС до 100оС, б) испарения воды при кипении при 100оС, в) нагревания пара до 120оС и г) суммарное изменение энтропии.

Средняя теплоёмкость Ср: жидкой воды 75,31, пара 33,56 Дж/моль·К; теплота испарения воды DНисп 40660 Дж/моль; мольная энтропия So: жидкой воды 69,96, пара 188,74 Дж/моль·К.

Ответ: а) 482,98; б) 606,0; в) 1059,14; г) 2148,12 Дж/К.

Задача 6. Константа равновесия реакции

СН3СООН + С2Н5ОН « СН3СООС2Н5 + Н2О

при 25оС равна 4. Рассчитайте равновесный выход этилацетата и воды (в молях), если в реакцию введены1 моль уксусной кислоты и 2 моля этанола.

Ответ: по 0,845 моля.

Задача 7. Константа равновесия Кр реакции 2HBr « H2 + Br2 при 1100 К равна 1,39´10-3. Рассчитайте равновесный выход продуктов реакции (в молях), если в реакцию вступает 1,5 моля HBr.

Ответ: по 0,054 моля.

РАБОТА 1.1.

Определение теплоты растворения соли

Цель занятия: Определение интегральной теплоты растворения и теплоты гидратации соли.

Целевые задачи: Овладение калориметрическим методом, графическое определение изменения температуры в ходе опыта, расчет термохимических характеристик процесса, выяснение прикладных возможностей калориметрии.

Оснащение рабочего места

Калориметрический сосуд Бюретка на 25 мл

Термометр Химический стакан

Магнитная мешалка Навеска соли

Секундомер Воронка

Кристаллизатор

Проведение опыта

1.   Проверить оснащение рабочего места.

2.   Собрать калориметрическую установку.

3.   Провести эксперимент для определения теплового значения калориметра. Для этого:

·  отмерить в стакан 30 мл дистиллированной воды;

·  приблизительно 25 мл из них поместить в калориметрический сосуд;

·  стакан с оставшимися 5 мл воды установить в непосредственной близости от калориметра, чтобы её температура не отличалась от температуры воды в калориметрическом сосуде;

·  опустить в калориметрический сосуд чисто вымытый магнитный стержень, включить магнитную мешалку и отрегулировать скорость её вращения;

·  через 10 минут после включения начать отсчет температуры по термометру и вести его в течение 5 минут с интервалом 30 секунд (предварительный период);

·  на одиннадцатом отсчете внести в калориметрический сосуд точную навеску хлорида калия (кристаллики соли, приставшие к воронке и к стенкам сосуда, смыть 5 мл воды из стакана);

·  продолжать отсчет температуры с интервалом 30 секунд до окончания понижения температуры (главный период);

·  после начала повышения температуры провести еще 15 отсчетов по термометру (заключительный период) и выключить магнитную мешалку;

·  занести все данные в таблицу и построить по ним график (см. рисунок ниже).

4.   Определив по графику DТ, рассчитать тепловое значение калориметра по уравнению:

где: DHKCl - справочное значение мольной теплоты растворения KCl (+17,47 кДж/моль), n - количество KCl в молях (n = m/M, m - масса в г, М - молярная масса).

5.   Получить у преподавателя навеску исследуемой соли.

6.   Для определения теплоты её растворения чисто вымыть калориметр и провести эксперимент аналогично п.3.

7.   Рассчитать теплоту растворения по уравнению:

DHp-p = - wDT/n

где: n - количество исследуемой соли в молях.

8.   Рассчитать теплоту гидратации соли по уравнению:

DНгидр = DН р-р – DН реш.

T, оС 1 DТ 2 3 t, мин

Значения теплот разрушения кристаллической решетки некоторых солей приведены в таблице:

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10