Задачи к лабораторному практикуму по физической химии для студентов 3 курса специальности «химия»
Скачать 273.82 Kb.
|
| Тема 4. Фазовые равновесия Уравнение Клапейрона-Клаузиуса Задача 1. Зависимость температуры плавления нафталина от давления может быть представлена уравнением: tпл = 80,1 +0,037*10-5 Р- 186,99*10-18 Р2 (давление выражено в Па). Рассчитать изменение энтальпии при плавлении нафталина, если изменение объема 145,8 см3/кг при давлении 1,0133*105 Па. Результат сопоставить с экспериментальным значением ΔН = 149,8 Дж/г. Задача 2. Определить удельный объем жидкого олова при температуре плавления 232°С ( Р = 1 атм ), если удельная теплота плавления равна 59,413 Дж/г, плотность твердого олова 7,18 г/см3, а dT/dP = 6,8*10-8 К/Па. Задача 3. Температура плавления бензола 5,6°С, разность удельных объемов в жидком и твердом состояниях равна 1,301*10-5 м3/кг. Найти изменение температуры плавления при увеличении давления до 10130*102 Па. Скрытая теплота плавления 128,0 кДж/кг. Задача 4. При каком давлении будет кипеть диэтиламин при 20°С, если нормальная температура кипения 58°С, а теплота парообразования 27844 Дж/моль? (T=780 K) Задача 5. Давление пара бензола при 20 и 30°С соответственно 100 и 157 гПа. Рассчитать молярную теплоту испарения. Задача 6. Синтезировано соединение, предполагаемая формула которого С13Н18О3. До какой температуры нужно нагреть полученную жидкость, чтобы перегнать ее в вакууме с помощью водяного насоса, который дает предельное давление 20 мм Нg? Согласно литературным данным, точка кипения этого вещества 135°С при 9 мм Нg. Какова была бы температура кипения этого соединения при 1 атм., если бы это соединение при нагревании не разлагалось? При расчетах считать, что ΔН испарения мало зависит от температуры, а ΔS в точке кипения при 1 атм для большинства веществ равно 89,9 Дж/моль/К. Свойства разбавленных растворов Задача 1. Выразить концентрацию водного раствора через молярность, моляльность, мольные доли и нормальность.
Задача_2. Определить парциальный мольным объем азотнокислого аммония в воде, если объем раствора, содержащий 20 г NH4NO3 в 100 г раствора, равен 92,35 см3, а объем растворителя в растворе - 80,14 см3. Задача 3. Какова должна быть концентрация водного раствора сахара, чтобы давление пара раствора было на 1 % ниже, давления пара чистой воды? Задача 4. Определить температуру замерзания раствора, температуру кипения и давление паров воды над 0,08 m раствором хлоруксусной кислоты при 25 °С, если она диссоциирует на 13 %. Давление паров воды при 25 °С равно 23,756 мм рт.ст. Криоскопическая постоянная воды 1,86, эбулиоскопическая постоянная воды 0,513. Задача 5. Полностью несмешивающаяся жидкая система, состоящая из воды и органического соединения, кипит при 90 °С и 734 мм.рт.ст. Дистиллят содержит 73 вес. % органического соединения. Каков молекулярный вес и давление пара органического соединения при этой температуре? (Давление насыщенных паров воды при 90°С равно 525,76 мм рт.ст.) Задача 6. Рассчитать растворимость СО2 в воде при 25 °С и 5,065 *105 Па, если константа Генри Ксо2 = 7,492*10-3г/м3/Па. Задача 7. Теплота плавления металлического свинца равна 5188,2 Дж/моль при температуре плавления 327,5 °С. Вычислить температуру замерзания раствора, содержащего 1 мол.% примесей, которые не растворяются в твердом свинце. Задача 8. Рассчитайте идеальную растворимость антрацена в бензоле при 250С в единицах моляльности. Энтальпия плавления антрацена при температуре плавления (2170С) равна 28,8 кДж/моль. Диаграмма плавкости двухкомпонентной системы  1.Определите по диаграмме плавкости состав химического соединения и верхний температурный предел его устойчивости. 2. Какие фазы находятся в равновесии в условиях обозначенных точками от 1 до 10? Сколько степеней свободы у систем, обозначенных точками? 3. Укажите температуры начала и конца кристаллизации для жидких систем, содержащих 40 и 95 мольн. % В. Постройте кривые охлаждения. 4. При каком составе система имеет самую низкую температуру кристаллизации? 5. Укажите температуру начала и конца плавления и состав первых капель жидкости для системы, содержащей 80 мольн. % В. 6. Укажите при охлаждении каких по составу расплавов можно получить твердую фазу из кристаллов химического соединения. 7. Покажите на диаграмме стрелками изменения состава фаз при охлаждении системы, содержащей 40 мольн. % В, от 650 до 300 °С. 8. 100 молей смеси, содержащей 20 мольн. % А находятся при 425 °С. Каков состав и количества молей фаз? 9. Какой компонент и в каком количестве выделится в твердом состоянии при охлаждении 45 молей смеси, содержащей 35 мольн. % В от 600 до 500 °С? 10. Какое минимальное количество и какого компонента надо добавить к системе при 450 °С, содержащей 200 молей смеси с 85 мольн % В, чтобы она расплавилась без изменения температуры? 11. Какое минимальное количество и какого компонента надо добавить к системе из 200 молей смеси, содержащей 85 мольн % В, при 450 °С, чтобы она полностью закристаллизовалась без изменения температуры? Тема 5. Электропроводность растворов электролитов. Молярная и удельная электропроводности растворов электролитов Задача 1. Рассчитайте электрическую проводимость 1М раствора АgNО3 при 291 К, если расстояние между электродами 5см, площадь каждого электрода 2см2. Молярная электрическая проводимость этого раствора 94,3 См*см2*моль-1. Задача 2. Молярная электрическая проводимость 0,5 М раствора К2SO4 при 298 К равна 162,7 См*см2*моль-1. Определите удельную электрическую проводимость при этой температуре. Задача 3. Удельная электропроводность 0,1 М раствора АgNО3 при 291 К равна 0,00943 См*см-1. Молярная электропроводность данного раствора при бесконечном разбавлении 115,5 См*см2*моль-1. Найти кажущуюся концентрацию ионов серебра в растворе. Задача 4. Удельная электропроводность насыщенного раствора труднорастворимой соли ТlВr при 20 °С равна 2,158*10-4 См*см-1, а удельная электропроводность применяемой воды 0,44*10-7 См*см-1.Сумма предельных подвижностей ионов равна 138,3 См*см2*моль-1. Вычислите растворимость соли ТlВr в г/л. Задача 5. Вычислите предельную молярную электропроводность пропионовой кислоты при 25°С, если эти величины для С2Н5СООNа, НС1 и NаС1 равны соответственно 85,9; 426,2 и 126,5 См*см2*моль-1. Задача 6. Вычислите степень диссоциации и рН раствора уксусной кислоты 1,6*10-4 М при 298 К. Константа диссоциации 1,75*10-5 Задача 7. Константа диссоциации гидроксида аммония при 298К равна 1,77*10-5. Вычислите концентрацию ионов ОН-, Н+ и рН 0.1М NH4ОН. Ионное произведение воды 1,008*10-14. Задача 8. Как изменится рН 0.1М раствора NH4ОН при добавлении NH4Cl до концентрации его 1 моль*л-1? (Использовать данные задачи 7) Подвижности ионов и числа переноса Задача 1. Определите абсолютную скорость движения иона NH4+, если удельная электропроводность полностью диссоциированного 0,0001 М раствора NH4Cl равна 1,49*10-5 См*см-1, а подвижность иона С1- равна 76,3 См*см2г*моль-1. Задача 2. Через раствор СdС12 пропускали постоянный ток между платиновыми электродами в течение 1 ч. Сила тока равна 0,2 А. Число переноса tCd2+= 0,414. Найти убыль СdС12 в католите и анолите. Задача 3. Раствор, содержащий 0,0025 моля SO42- на 100 г H2O подвергнут электролизу в аппарате Гитторфа между инертными электродами. Реакция на аноде 2 H2O → 4H+ + O2 + 4ē В конце опыта анодное пространство содержало 100 г H2O и, как установлено титрованием, 0,01 моля Н+. Число переноса Na+ 0,39. Определите число молей и SO42- в анодном пространстве. Задача 4. Водный раствор K4Fe(CN)6 с исходной концентрацией 1М/л подвергался электролизу при 298 К в аппарате Гитторфа с платиновыми электродами до тех пор, пока через него не прошло 0,01 Фарадея электричества. Реакция на аноде : [Fе(СN)6]4- → [Fе(СN)6]3- + ē После электролиза раствор, находящийся в анодном пространстве, содержал 100 г H2O и 0, 1015 моля Fе (общее количество). а) Сколько молей [Fе(СN)6]4- прореагировало на аноде ? б) Сколько молей [Fе(СN)6]4- поступило в анодное пространство или ушло из анодного пространства ? в) Вычислите подвижность иона [Fе(СN)6]4- при бесконечном разведении, если для иона К+ она равна 73,52 См*см2*моль-1. г) Вычислите число переноса [Fе(СN)6]4- в K4Fe(CN)6. Задача 5. Водный раствор NaBr и Вr2 использован в опыте Гитторфа. Реакции на электродах : 2 Вr - → Вr2 + 2 Вr2 + 2 ē →2 Вr— После электролиза в анодном пространстве в 100 г H2O содержалось 0,11 молей Вr2 и 0,092 молей NaBr, а в католите в 100 г H2O содержалось 0,09 Вr2 молей и 0,108 моле NaBr. Определите числа переноса ионов Nа+ и Вr- в растворе. Учтите количество Вr2 в начале опыта в каждом отделении. Активности и коэффициенты активности в растворах электролитов Задача 1. Вычислите активность Na2SO4, НС1, Рb(NO3)2 в растворах с концентрацией данного электролита m = 1 моль/1000 г по данным о среднем коэффициенте активности, взятом из справочника /М/. Задача 2. Вычислите ионную силу, средние коэффициенты активности ионов по уравнению Дебая-Хюккеля и активности солей в растворах MgSO4 с моляльностью 0,005моль/1кг H2O и LaCl3 с моляльностью 0,002 моль/кг H2O . Задача 3. Для 0,1 m раствора Cr2(SO4)3 средняя ионная активность γ± = 0,0458. Вычислите среднюю ионную моляльность (m±), активность (а±), общую активность (а) электролита и активности ионов SO42- и Cr3+ при 298 К. Задача 4. Растворимость Ва(IO3)2 при 25 °С равна 8*10-4 моль/л. Определите растворимость этой соли: а) в 0,1 М растворе KNО3; б) в 0,03 М растворе Ва(NО3)2. Воспользуйтесь предельным законом Дебая-Хюккеля. Задача 5. Определите растворимость бромида серебра в 0,001 m KBr при 25°С. Произведение растворимости бромида серебра возьмите из справочника /М/. Воспользуйтесь предельным законом теории Дебая-Хюккеля. Задача 6. Вычислите произведение растворимости Са(ОН)2 при 298 К. Растворимость гидроксида кальция 0,155 г/100г воды. Для расчета γ± используйте уравнение Дебая-Хюккеля. Тема 6. Электродвижущие силы Гальванические элементы и электроды (полуэлементы). Уравнение Нернста Задача 1. Каково соотношение э.д.с. записанных ниже гальванических элементов и стандартных потенциалов полуэлементов при их измерении с помощью нормального водородною электрода? Mgs/ Mg2+aq // H+aq / H2 g,Pt s Pt ,H2 / H+// Cu2+/ Cu Pt / Hg / Hg2+// H+/ H2,Pt Pt ,H2/ H+//Cd2+ / Cd Пользуясь таблицами стандартных электродных потенциалов рассчитайте величины и знаки э.д.с. этих элементов. Задача 2. Запишите какие реакции по форме записи гальванических элементов, представленных ниже, должны протекать в стандартных условиях на электродах и в системах в целом. Определите по значениям стандартных электродных потенциалов, взятых из справочника, будут ли эти реакции самопроизвольными. Pt ,H2 / H2SO4 / HgSO4 / Hg / Pt Pt ,H2 / HBr / Br2 / Pt Co / CoSO4 / HgSO4/ Hg / Pt Cu/ CuSO4 // H2SO4 / H2,Pt Sn / SnSO4 / Hg2SO4 / Hg / Pt Pt H2 / H2SO4//ZnSO4 / Zn Zn / ZnSO4//NiCl2/ Ni Ag/AgCl /KCl //AgNO3/Ag Задача 3. Составьте электрохимические цепи, в которых, протекают суммарные реакции : Ni2+ + Be = Be2++ Ni Cl2 + Mg = 2 Cl- + Mg2+ 2 AgCl + Mg = MgCl2 + 2Ag 2 CuCl + Mg = MgCl2 + 2 Cu 2 Ag + J2 = 2AgJ Ag2+ + Fe2+ = Ag + Fe3+ Назовите, к какому типу электродов относятся полуэлементы этих гальванических элементов. Задача 4. Э.д.с. элемента Cd / CdJ2 aq / AgJ / Ag равна 0,2860 В при 25 °С. Определить активность CdJ2 в растворе. Задача 5. Приведите схему элемента, в котором протекает реакция: H2 (газ, 1 атм) + J2 (тв) = 2 HJ ( водн. раствор, а=1) Вычислите Е°, ∆G , k. Как будет записана константа равновесия и чему будет равно Е°, если реакцию записать так: 1/2H2(газ, 1 атм) + 1/2J2 (тв) = HJ (водн. раствор а=1)? Задача 6. Вычислите э. д.с. при 25 °С элемента Ag / AgCl / NaCl (a=1) / Hg2Cl2 / Hg из следующих значений изобарных потенциалов образования (кал/моль): AgCl (тв) - 26 187; Hg2Cl2 (тв) - 50274. Задача 7. Вычислить э.д.с. концентрационного элемента, изображенного схемой Cu/0,001 M CuSO4/насыщ. KCl/0,1М CuSO4/Cu, если коэффициенты активности 0,001 М раствора CuSO4 и 0,1 М раствора CuSO4 соответственно равны 0,74 и 0,16. Задача 8. Вычислите стандартный электродный потенциал электрода Fe3+/Fe по данным справочника для электродов Fe2+/Fe и Fe3+/Fe2+. Задача 9. Используя значения электродных потенциалов, вычислите константы равновесия при 25°С следующих реакций в водном растворе и напишите схемы элементов и реакции на электродах: а) Fe + 2CrCl3 = FeCl2 + 2CrCl2 б) Fe(NO3)2 + 1/2Hg2(NO3)2 = Fe(NO3)3 + Hg Задача 10. Электродвижущая сила элемента Ag , AgJ (тв) / KJ(0,1M)//AgNO3(0,001M)/Ag при 25°С равна Е = 0,762 В. Средний ионный коэффициент активности в 1 М раствора KJ равен γ±= 0,65, а в 0,001m растворе AgNO3 - 0,98. Вычислите произведение растворимости и растворимость AgJ в 1 М растворе KJ. Стандартные электродные потенциалы возьмите из справочника. Задача 11. Стандартные э. д.с. гальванических элементов Pt,H2/KOHaq /O2,Pt ; Pt, H2 /KOHaq/Ag2O, Ag равны 1,299 и 1,180 В соответственно. Вычислите стандартное изменение потенциала Гиббса при окислении серебра по реакции : 4 Ag + O2 = 2 Ag2O Задача 12. Вычислите стандартный электродный потенциал кислородного электрода в кислой среде Е°O2/H+ и константу равновесия реакции 4 FeCl2 + O2 + 4 HCl = 4 FeCl3 + 2 H2O, если Е°Fe2+, Fe3+ / Pt = 0,77 B; Е° O2/OH- = 0,401B Kw = 1*10 -14 Задача 13. Константа равновесия реакции 2Cl2 + 2H2O = O2 + 4Cl- + H+ при 298,2 К равна 1,122*109 атм-1. Вычислите изменение энергии Гиббса в ходе реакции и стандартную электродвижущую силу для элемента, в котором обратимо протекает такая реакция. Проверьте Е° по стандартным электродным потенциалам. Вычисление термодинамических характеристик реакций по э.д.с. гальванических элементов Задача 1. Определить э.д.с. элемента Pt,H2/HCl/AgCl/Ag/AgCl/HCl/H2,Pt , Р=1 атм m=0,01 m=0,1 Р=1 атм если при m=0,01 γ± = 0,904, а при m=0,1 γ±= 0,796. Задача 2. Вычислить при 18°С величину диффузионного потенциала на границе двух растворов NaС1, из которых один 0,05 н, а второй 0,005 н. Для простоты расчета считать соль в растворе полностью диссоциированной. Подвижности ионов Na+ и Сl- соответственно равны 42,6 и 66,3 .ом-1*см2. Определить знак более концентрированного раствора NaС1. Задача _3. Суммарный процесс электролиза NaС1 с твердым катодом можно выразить уравнением: NaCl* n H2O + H2O = NaOH* nH2O + ½ Cl2 + ½ H2 Вычислить теоретический потенциал разложения NaCl при 25°С, если тепловой эффект процесса равен сумме теплот следующих частных реакций: 1) теплота образования NaС1 из элементов: Na + ½ Cl2 = NaCl ∆H = -411,003 кДж, 2) теплота растворения безводного NaCl в воде ∆Н = 1,883 кДж, 3) теплота образования водного раствора NaОН : Na+(n+1)H2O=NaOH*nH2O+ ½ H2 ∆Н = - 185,686 кДж. Температурный коэффициент э.д.с. равен -0,0004 В/К. Задача 4. Температурный коэффициент элемента, работающего за счет реакции Pb + Hg2Cl2 = PbCl2 + 2Hg, (dЕ/dТ) = 1,45*10-4 В/К. Определите теплоту при равновесной работе элемента и сопоставьте полученную величину с тепловым эффектом реакции при 298 К. Задача 5. Найти тепловой эффект реакции Cd + PbCl2 + 2,5H2O = CdCl2*2,5H2O + Pb при 298.2 К, если э.д.с. элемента, в котором протекает эта реакция, равна 0.188 В, а (dE/dT)p =- 4,8*10-4 В*К. Найти максимальную работу и теплоту при равновесном протекании реакции. Задача 6. Зависимость э.д.с. от температуры для элемента, в котором протекает реакция: Zn + Hg2SO4 = ZnSO4 + 2Hg, выражается уравнением: Е= 1,4328- 1,19*10-3(Т- 288,2 )-7*10-6( Т- 288,2 )2. Найти для этой реакции ∆G, ∆Н и ∆S при 303,2 К. Задача 7. Э.д.с. элемента, работающего за счет реакции, Ag + ½ Hg2Cl2 = AgCl + Hg, равна 0.0455 В при 25°С и 0,0421 при 20°С. Определить ∆G, ∆S и ∆Н при 25°С. |
Похожие:
 | Производственная практика методические указания для студентов 3 курса специальности 020101 «Химия»: метод указ. / Сост. Н. Е. Сидорина,... | | Современная химия является одной из естественных наук и представляет собой систему отдельных научных дисциплин: общей и неорганической... |
| Химия. Конспект лекций для студентов I курса медицинского факультета специальности «Стоматология». Часть Общая химия. М.: Изд-во... |  | Методические указания предназначены для выполнения лабораторного практикума в соответствии с программой курса «Аналитическая химия»... |
| Методические рекомендации по оформлению отчета и дневника для студентов VI курса педиатрического факультета по «клиническому практикуму... | | Программы курса химии для профильного и углубленного изучения химии в X–xi классах общеобразовательных учреждений (профильный уровень)... |
| В. Г. Питеев кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой экономики и управления | | Составитель Емец Ольга Михайловна, учитель химии высшей категории мбоу «сош №89 с углубленным изучением отдельных предметов», г.... |
| Программы курса химии для 8-11 классов общеобразовательных учреждений. Базовый, профильный уровень. Допущена министерством образования... | | Издательство «Ивановский государственный университет» специализируется на выпуске литературы, обеспечивающей учебный и научный процессы.... |