Выбор варианта решаемой задачи Номер варианта каждой задачи выбирается по двум последним цифрам шифра, написанного на студенческом билете и в зачётной книжке, и числу вариантов данной задачи. Если последние две цифры меньше или равны числу вариантов задачи, нужно решать задачу, номер варианта которой равен числу, образованному двумя последними цифрами шифра. Например, если последние две цифры 12, то студентом выполняется задача 12-го варианта. В том случае, когда число, образованное двумя последними цифрами шифра, больше числа вариантов задачи, решается вариант задачи, номер которого равен остатку от деления числа, образованного двумя последними цифрами шифра, на число вариантов задачи. Например, если последние цифры шифра 48, число вариантов задачи 20, то решать следует 8-й вариант. Если число делится без остатка, решать надо последний вариант задачи. Например, если последние две цифры шифра 48, а число вариантов 12, выполняйте 12-й вариант задачи. Последние числа шифра 74. Требования к оформлению Компьютерная верстка в среде Word Формулы набрать в редакторе формул. Обязательно приводить расшифровку обозначений. Графики строить в среде Excel или в каком-либо ППП, например, MathCAD. Пояснения к решению задач обязательны. Тема: Химическая термодинамика, Фазовые равновесия в однокомпонентных системах,Разбавленные растворы. Химическая термодинамика Задача 1 Определить плотность синтез-газа при 410 0С и давлении 2 МПа. Состав газа приведен в табл. 2. Таблица 2. Содержание компонентов синтез-газа (% об.) Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 CO H2 CO2 CH4 N2 31 51,5 15 1 1,5 30 56 12,5 0,5 1,0 28 70 1,0 0,5 0,5 25 65 8 1 1,0 20 67 11 0,7 1,3 25 66 7 1,5 0,5 27 62 9 1,3 0,7 28,5 57,5 12 1,1 0,9 Задача 2 Определить концентрацию и плотность газа при температуре Т и давлении Р. Значения Т и Р приведены в табл.3. Таблица 3. Давление и температура газа 8 9 Температура, 0С 200 250 300 120 150 400 350 440 100 Давление, МПа 25 30 40 100 120 20 20 10 18 Газ Хлор Водород 7 Диоксид углерода 6 Диоксид серы 5 Хлороводород 4 Этилен 3 Ацетилен 2 Азот 1 Аммиак Вариант Задача 3 Воздух с исходной температурой T и давлением 1 атм сжимается адиабатически или изотермически до давления P. Определить расход энергии на сжатие и теплоотвод от компрессора при ведении процесса. Воздух считать двухатомным идеальным газом. Значения Т и Р приведены в табл.4 Таблица 4. Исходная температура и конечное давление Вариант Температура, 0С Давление, МПа 1 2 3 4 5 6 7 8 20 2,5 25 3,0 30 4,0 12 3,5 15 3 40 2,5 35 2 44 10 Задача 4 Вариант 1 По стандартным теплотам образования жидкой воды и газообразного диоксида углерода (см. библиографический список /4/) и сгорания метана (-890,3 кДж/моль) при тех же условиях определить теплоту образования метана при 298К и постоянном давлении или объеме. Вариант 2 Теплота образования газообразного этилена при 298К и давлении 101,325кПа равна 52,3 кДж/моль. Зная (см. библиографический список /4/) стандартные теплоты образования жидкой воды и газообразного диоксида углерода, определить теплоту сгорания этилена при: 1) Р-const, 2) V-const и температуре 298К. Вариант 3 На основании следующих данных 1 2Al(тв) + 6HClaq = Al2Cl6aq + 3H2(г) 1003,2 кДж H2(г) + Cl2(г) = 2HCl(г) 184,1 кДж HCl(г) + aq = HClaq 72,45 кДж Al2Cl6(тв) + aq = Al2Cl6aq -643,1 кДж рассчитать теплоту образования безводного Al2Cl6(тв). Вариант 4 Теплоты нейтрализации соляной, масляной и уксусной кислот едким натром соответственно равны ( 55,9); (-57,74) и (-56,07) кДж/моль. Рассчитать приближенно теплоты диссоциации масляной и уксусной кислот. Вариант 5 Стандартные теплоты образования воды и водяного пара соответственно равны (-285,8) и (-241,8) кДж/моль. Рассчитать теплоту испарения 1 моля воды при 25 0С и стандартном давлении. Вариант 6 Рассчитать теплоту перехода ромбической серы в моноклинную, если теплоты сгорания при температуре перехода, равны (-297,5) кДж/моль (ромбическая) и (-300,1) кДж/моль. Вариант 7 Теплоты растворения безводного сульфата магния, его кристаллогидрата с одной молекулой воды и семью соответственно равны 84,85; 55,64; 15,9 кДж/моль. Какова теплота гидратации кристаллогидрата сульфата магния с одной молекулой воды до кристаллогидрата сульфата магния с семью молекулами воды при этих же условиях. Задача 5 Определить тепловой эффект реакции, проводимой при стандартном давлении и температуре Т. Показать графически зависимость теплового эффекта реакции и изменения изобарной теплоемкости от температуры. Интервал изменения температур выбрать самостоятельно так, чтобы отразить особенности поведения этих функций, если они имеются. Уравнение реакции и температура приведены в табл. 5. Таблица 5. Уравнение реакции и значение температуры. Вариант Ур авнение реакции Т, С 0 1 2CH4(г) +3O2(г) = 2CO(г) + 4H2O(г) 1400 2 CH4(г) +O2(г) = HCHO(г) + H2O(г) 500 3 2CH4(г) +3O2(г) = 2HCOOH(г) + 2H2O(г) 550 4 CH4(г) +CO2(г) = 2CO(г) + 2H2(г) 850 5 2CH4(г) +O2(г) = 2CO(г) + 4H2(г) 1500 6 2CH4(г) +3O2(г) + 2NH3(г) = 2HCN(г) + 6H2O(г) 1000 7 CH4(г) = C(графит) + 2H2(г) 1450 8 C2H2(г) +2H2O(г) = 2CO(г) + 3H2(г) 600 9 C6H14(г) = CH4(г) + C2H2(г) + C3H6(г)+ H2(г) 700 10 2C6H6(г) + 2HCl(г) + O2(г) = 2C6H5Cl(г) + 2H2O(г) 250 Задача 6 Газообразные хлор и водород при 25 реакции 1 С поступают в реактор, где при 700 0 С взаимодействуют по 0 aq = вода Cl2 + H2 = 2HCl(г) Определить изменение энтропии системы, с момента поступления газов в реактор, если их объемный расход одинаков. Задача 7 Вариант 1. Взаимодействие метана с кислородом может протекать с образованием разных продуктов 2CH4(г) +3O2(г) = 2CO(г) + 4H2O(г) CH4(г) +O2(г) = HCHO(г) + H2O(г) 2CH4(г) +3O2(г) = 2HCOOH(г) + 2H2O(г) 2CH4(г) +O2(г) = 2CO(г) + 4H2(г) Определить какая из реакций с термодинамической точки зрения наиболее вероятна при 500 0С и давлении близком к атмосферному. Вариант 2 При комнатных температурах серная кислота термически устойчива, а при повышенной - диссоциирует по реакции H2SO4(г) SO3(г) + H2O(г) Рассчитать температуру, при которой эта реакция термодинамически возможна. Вариант 3 Основываясь на энергии Гиббса для реакции, объяснить, почему реакция окисления азота кислородом не используется в химической технологии. Вариант 4 Многие простые вещества в промышленности получают методом алюминотермии, предложенным Бекетовым. Выяснить термодинамическую возможность получения этим методом: кремния из кварца (SiO 2), бария из оксида бария, мышьяка из арсенолита (As2O3). Вариант 5 Определить возможность получения металлического Cd из сульфида кадмия(II) восстановлением монооксидом углерода. Вариант 6 Как можно с помощью реакций 2NO 2 2NO + O 2 и 2NO 2 N 2 + 2O2 решить проблему очистки автомобильных выхлопных газов от оксида азота. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах Задача 1* Вариант 1 По зависимости давления насыщенного пара от температуры и плотности данного вещества А в твердом (dтв) и жидком (dж,, кг/м3) состояниях в тройной точке (Приложение П1): 1. построить графики зависимостей P Т,К и lnP 1/T, K 1 ; 2. вывести эмпирическое уравнение прямой коэффициенты А и В) ; lnP = A+B/T для процесса испарения (определить 3. вычислить теплоту испарения и нормальную температуру кипения по эмпирическому уравнению прямой; 4. рассчитать теплоту возгонки для двух, выбранных Вами, интервалов температур по уравнению Клапейрона-Клаузиуса; 5. определить теплоту плавления вещества в тройной точке; * При решении задачи сначала определить номер варианта задачи, затем номер варианта набора данных по Приложению П1. 6. вычислить температуру плавления вещества при двух значениях давления Р Па; 7. определить число степеней свободы при следующих значениях температуры и давления: а) Ттр.т; Р тр.т. б) Тн.т.к , p = 1,01325·105 Па, в) Тн.т.к , Р тр.т. Вариант 2 Воспользовавшись условиями задачи 1 и данными Приложения П1: 1. построить графики зависимостей P Т, К и lnP 1/T, K 2. вывести эмпирическое уравнение прямой коэффициенты А и В); 1 ; lnP = A + B/T для процесса возгонки (определить 3. вычислить теплоту возгонки по эмпирическому уравнению прямой; 4. рассчитать теплоту испарения для двух, выбранных Вами, интервалов температур по уравнению Клапейрона-Клаузиуса; 5. определить теплоту плавления вещества в тройной точке; 6. вычислить температуру плавления вещества при нескольких значениях давления Р, Па; 7. вычислить ΔS, ΔA, ΔG, ΔU для процесса испарения 1 кмоль вещества в тройной точке. Вариант 3 Воспользовавшись условиями задачи 1 и данными Приложения П1: 1. построить графики зависимостей P Т, К и lnP 1/T, K 1 ; 2. вывести эмпирическое уравнение прямой lnP = A + B/T для процесса испарения и для процесса возгонки (определить коэффициенты А и В); 3. определить нормальную температуру кипения и температуру плавления вещества при давлении Р Па. Определить теплоту плавления вещества в тройной точке; 4. вычислить ΔS, ΔA, ΔG, ΔU для процесса возгонки 1 кмоль вещества в тройной точке; 5. определить число степеней свободы при следующих значениях температуры и давления: а) Ттр.т; Р тр.т., б) Тн.т.к , p = 1,01325·105 Па, в) Тн.т.к, Р тр.т. Разбавленные растворы Вариант 1. Давление пара над раствором тростникового сахара в воде составляет 98,88% давление насыщенного пара над чистой водой при этой же температуре. Теплота испарения воды 2253 Дж/г. Вычислить температуру кипения этого раствора и определить осмотическое давление при 100ОС. Вариант 2. Водный 7,5% (масс) раствор хлорида кальция кипит при нормальном атмосферном давлении 1,0133105 Па и 374 К. Вычислить изотонический коэффициент. Давление пара воды при 374 К равно 1,05105 Па. Вариант 3 В 0,1 кг эфира (М=74) содержится 0,01кг нелетучего вещества. Давление пара этого раствора равно 426 мм рт. ст. при 293К, а давление пара чистого эфира при 293 К 442 мм рт. ст. Рассчитать молекулярную массу растворённого вещества. Вариант 4 Чистая вода кипит при 373,15 К и атмосферном давлении. Определите температуру кипения раствора, содержащего 3,291 г хлорида кальция в 100 г воды. Кажущаяся степень диссоциации CaCl 2 в указанном растворе 68%. Эбулиоскопическая константа воды 0,513 К. Вариант 5. Определите кажущуюся степень диссоциации HJO 3 в растворе, содержащем 0,506 г HJO 3 в 22,48 г этилового спирта. Раствор кипит при 351,624 К, этиловый спирт при 351,46 К. Молярное повышение температуры кипения спирта 1,19 К. Вариант 6 Определите концентрацию водного раствора глюкозы, если раствор при 291 К изоосмотичен с раствором, содержащим 0,5 моль/л CaCl 2 причём кажущаяся степень диссоциации последнего при указанной температуре составляет 65,4%. Вариант 7 Давление пара раствора сахара в 1 кг воды составляет 98,88% от давления пара чистой воды при той же температуре. Вычислить температуру кипения и осмотическое давление этого раствора при 373 К. Плотность раствора принять равной 1 г/см3. Теплоту испарения воды считать равной 2,253 кДж/г. Вариант 8. Водный раствор Ba(NO3)2, содержащий 11,07 г Ba(NO3)2 в 100 г. воды, кипит при стандартном давлении при 100,466 ОС. Определить кажущуюся молекулярную массу Ba(NO 3)2 и кажущуюся степень диссоциации. Эбулиоскопическая константа воды 0,513 К. Вариант 9. Удельная теплоты испарения воды при нормальной температуре кипения равна 2253 Дж/г. Определить температуру кипения раствора, содержащего 0,05 моль растворённого нелетучего вещества в 200г воды. Вариант 10. Раствор, содержащий 1 г KClв 100г воды замерзает при 271,54К. Определить изотонический коэффициент Вант - Гоффа, степень диссоциации и давление пара этого раствора при 298 К, если давление пара воды при этой температуре равно 3166,67 Па. Криоскопическая константа воды 1,86 К. Степень диссоциации KCl считать не зависящей от температуры. Тема: Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Диаграммы кипения, Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Диаграммы плавкости, Химическое равновесие Диаграммы кипения Задача 1 По зависимости состава жидкой (х) и газообразной (у) фаз от температуры для системы А-В при постоянном давлении (Приложение П2): 1. построить график зависимости состава пара от состава жидкой фазы, определить состав азеотропной смеси и вариантность (число степеней свободы) системы в азеотропной точке; 2. построить диаграмму кипения системы А-В, определив характер отклонения от закона Рауля для этой системы (уточните ответ, указав диапазон концентраций); 3. при какой температуре начинает конденсироваться смесь, содержащая «а» мол.% компонента А (табл. 6)? Каков состав первой капли жидкости? При какой температуре заканчивается конденсация этой смеси? Каков состав последнего пузырька пара? Показать на диаграмме стрелками изменение состава равновесных фаз при соответствующем понижении температуры. 4. определить на диаграмме кипения фигуративные точки, отвечающие безвариантной, одновариантной и двухвариантной системам. Таблица 6 Содержание компонента А Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 а 60 70 80 20 30 70 20 70 36 Задача 2 При решении задачи 2 воспользоваться диаграммой кипения, построенной при решении задачи 1 (п.2). Вариант 1 Какое минимальное количество и какого компонента нужно добавить к 10 кг системы, содержащей 93,2 масс. % HNO3 и 6,8 масс. % H 2O при температуре 388 К, чтобы система полностью сконденсировалась без понижения температуры? Вариант 2 Определить массу пара и жидкости, если система, содержащая 40 мол. % С 2Н4О2 и 60 мол. % HNO 3 нагрета до 390 К. Общая масса системы 5 кг. На какие составные части можно разогнать в ректификационной колонне данную систему? Какова их масса? Вариант 3 Какой компонент и в каком количестве можно выделить в чистом виде при ректификации 30 кг смеси, содержащей 60 мол. % HF и 40 мол. % H2O? Вариант 4 Какое минимальное количество CS2 надо добавить к системе, содержащей 30 молей (CH3)2СО и 20 молей CS2, при 314 К, чтобы она полностью перешла в жидкость при этой температуре? На какие составные части можно разогнать в ректификационной колонне раствор данного состава? Вариант 5 Какой компонент и в каком количестве следует прибавить к 40 кг смеси, содержащей 75 мол. % CC4lи 25 мол. % C2H6O, чтобы получить азеотропную смесь? Вариант 6 Какой компонент и в каком количестве следует прибавить к 40 кг смеси, содержащей 75 мол. % С 4Н10O и 25 мол. % C6H12O2, чтобы смесь кипела при постоянной температуре? Вариант 7 Сколько жидкости можно получить при охлаждении 10 кг пара, содержащего 30 мол. % Н 2О и 70 мол. % C3H8O, от 366 К до 363 К? Вариант 8 15 молей парожидкостной смеси, общий состав которой 80 мол. % С 6Н6 и 20 мол. % C2H6O нагреты до 343,5 К. Определите массу бензола, содержащегося в паре при этой температуре. Вариант 9 Какое минимальное количество и какого компонента нужно добавить к 8 кг cмеси, содержащей 40 мол. % хлороформа и 60 мол. % метанола при Т=329,5 К, чтобы смесь полностью испарилась из изменения температуры? Задача 3 На основании данных, приведенных в табл. 7 для компонентов смеси А-В, построить диаграмму кипения бинарной смеси А-В при давлении 1,01325105 Па. Системы считать идеальными. Примечание. Для решения задачи необходимо определить составы равновесных фаз (пара и жидкости) при нескольких температурах в интервале температур кипения низкокипящего и высококипящего компонентов смеси. Таблица 7 Температуры кипения и теплоты испарения компонентов смеси А-В Нормальная температура кипения, К ΔHисп 10 6 Дж/кмоль , Вариант А В А BА B 1 2 3 1 бенз ол толуол 2 этано л метанол 3 н-гек сан н-гепта Н 1 2 4 353,3; 351,3 341,9 3 5 383,8 337,9 371,4 6 7 30,77 33,54 35,30 39,83 28,89 31,74 4 5 6 7 4 н-гептан н-окта н 371,4 398,6 31,74 34,63 5 бенз ол дихлорэт ан 353,3 356,6 30,77 31,45 (С2Н4Cl2) 6 SnCl4 CCl4 387,2 349,9 36,65 30,02 7 CCl4 CS2 349,9 319,3 30,02 26,78 8 CS2 бензол 319,3 353,3 26,78 30,77 9 н-гек сан н-октан 341,9 398,6 28,89 34,63 Диаграммы плавкости Задача 1 Диаграмма состояния (плавкости) системы, взаимодействующих друг с другом компонентов А и В, имеет вид, изображенный на рисунке, приведенном в Приложении П3. 1.1. определить, какие фазы и каков их состав для условий, обозначенных точками 1-4. Чему равно число степеней свободы в этих точках? 1.2. нарисовать кривые охлаждения сплавов, составы которых соответствуют точкам 1-4. 1.3. при какой температуре начнется кристаллизация и при какой закончится системы, содержащей «а» мол. % компонента А? Каков состав первых выпавших кристаллов и последней капли жидкости? 1.4. при какой температуре начнется и при какой закончится плавление системы, содержащей «в» мол. % компонента А? Каков состав первых капель сплава (жидкости) и последнего кристалла? (значения «а» и «в» приведены в табл. 8) Таблица 8. Значения «а» и «в» (мол. % А) Вариант и № рис. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 а 25 10 15 40 30 25 40 80 65 85 в 75 80 85 60 75 75 80 20 40 50 Задача 2* Вариант 1. По диаграмме плавкости системы CaCl2 CsCl определить количество твердой и жидкой фазы, если систему с молярным содержанием 60% CsCl нагреть до 1073 К. Общая масса системы 2 кг. Определить массу CaCl 2 и CsCl в жидкой и твердой фазах, если 2 кг системы того же состава нагреть до 1073 К. Определить количество компонента, который следует добавить к системе, чтобы она изотермически расплавилась. Вариант 2. Какое минимальное количество и какого компонента нужно добавить к системе, обозначенной точкой 1 на диаграмме плавкости KCl CuCl и имеющей вес 1,191 кг, чтобы без изменения температуры система полностью расплавилась? Какое количество фаз будет находиться в равновесии, если температуру понизить до 573 К? Вариант 3. Какое минимальное количество и какого компонента нужно добавить к системе, обозначенной точкой 4 на диаграмме плавкости NaNO 3 KNO 3, чтобы без изменения температуры образовался твердый раствор NaNO3 в KNO3? Масса системы 20 кг. * При решении задачи 2 воспользоваться Приложением П3. Вариант 4. Какое минимальное количество и какого компонента нужно добавить к системе, обозначенной точкой 4 на диаграмме плавкости NaNO 3 KNO 3, чтобы без изменения температуры образовался твердый раствор внедрения KNO3 в NaNO3? Общее количество вещества в системе20 кмоль. Каков будет состав и количество равновесных фаз, если полученный твердый раствор нагреть до 533 К. Вариант 5. Используя диаграмму плавкости Au Sb, определите какое максимальное количество Sb можно прибавить к 2 кг расплава, содержащего 40 мол. % Sb при 773 К, чтобы смесь осталась однофазной. Вариант 6. Определите состав и количество равновесных фаз в системе, содержащей 60 мол. % Sb и 40 мол. % К при температуре 473 К. Общая масса системы 5 кг. Как изменится состав и количество равновесных фаз при нагревании смеси до 750 К. Вариант 7. Используя диаграмму плавкости Zn Mg, определите будут ли происходить фазовые изменения сплава, содержащего 33,3 мол. % Mg при его нагревании от 573 до 673 К. Как можно получить из этого сплава эвтектический сплав в твердом состоянии? Исходная масса системы равна 5 кг. Вариант 8. По диаграмме плавкости KCl CuCl определите массу CuCl и KCl (в г) в жидкой и твердой фазах, если 5 кг смеси, содержащей 20 мол. % KCl нагреть до 473 К. Какое количество компонента надо добавить к смеси, чтобы она изотермически расплавилась? Какое количество фаз будет находится в равновесии, если полученную смесь охладить до 273 К? Вариант 9. Какой компонент и в каком минимальном количестве надо добавить к системе, обозначенной точкой 2 на диаграмме плавкости Zn Mg и имеющей вес 3 кг, чтобы без изменения температуры система полностью закристаллизовалась? Каков состав и количество равновесных фаз в исходном состоянии этой системы? Вариант 10. Определите массу CuCl и FeCl 3 в жидкой и твердой фазах, если 3 кг сплава состава 60 мол.% FeCl нагреть до 545 К. Определите количество компонента, который надо добавить к системе, чтобы она изотермически расплавилась. 3 Задача 3 Покажите на диаграмме плавкости стрелками изменение состава фаз при нагревании системы, содержащей «с» мол.% В (табл. 9). Таблица 9. Значение «с» (мол. % В) Вариант 5 6 1 2 3 4 ZnMg NaNO3-KNO3 Mg-Ca KCl-CuCl Pb-Si 60 90 30 40 30 7 8 9 10 CaCl2-CsCl CuCl-FeCl3 Au-Sb K-Sb Al-Mg 70 10 63 30 90 Задача 4 Используя диаграммы плавкости, вычислите теплоты плавления веществ А и В (табл. 10). Вещества А и В Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 А Pd CaCl CuCl Au K Al KCl Mg Zn В Si CsCl FeCl3 Sb Sb Mg CuCl Ca Mg Таблица10. Химическое равновесие Задача 1 Газообразные вещества А и В, взятые в стехиометрических соотношениях, реагируют с образованием газообразного вещества С. (табл. 11) 1. Вычислите константу равновесия К р и выход продукта С при 800 К, если известно, что при данной температуре и давлении смеси Р = 1,0133·10 5 Па равновесный выход вещества А составляет долю, равную x, от исходного количества. 2. Расcчитайте равновесный состав смеси (мол. %) при давлении 3,5·10 влияет давление на выход продукта. 4 Па и 800 К. Сделайте вывод, как Таблица 11. Уравнение реакций и значение доли равновесного выхода вещества А Вариант Уравнение реакции x Вариант Уравне ние реакции x 1 A + 2B = C 0,3 11 A + 0.5B = C 0,8 2 A + 3B = C 0,5 12 0.5A + 1.5B = C 0,2 3 A + 2B = 2C 0,7 13 0.5A + B = 2C 0,4 4 A + 3B = 2C 0,9 14 A + 2B = 0.5C 0,3 5 2A + B = C 0,1 15 3A + 0.5A = C 0,7 6 2A + 2B = C 0,2 16 2A + B = 0.5C 0,3 7 2A + B = 3C 0,3 17 0.5A + B = 3C 0,4 8 A + 3B = 3C 0,4 18 2A + 2B = 3C 0,5 9 2A + 3B = C 0,5 19 3A + 3B = C 0,7 10 3A + 2B = 2C 0,6 20 A + 2B = C 0,8 Задача 2 Вариант 1 Определите степень диссоциации диоксида углерода по уравнению реакции 2СО 2 = 2СО + О2 при 2273 К и 1,0133·105 Па. Константа равновесия (Кр) при этих условиях равна 2,460·10 4 атм. Вариант 2 Диссоциация N2O4 протекает по уравнению N2O4 = 2NO2. При 25 ОС и Р = 1 атм. N2O4 диссоциированна на 18,46%. Определите степень диссоциации при той же температуре, если давление равно 0,5 атм. Вариант 3 Константа равновесия для реакции СО + H 2O = CO2 + H2 при 930 К равна 1. В какую сторону пойдёт реакция, если при этой температуре исходная смесь имеет следующий состав: 50% СО, 5% H 2O, 20% CO2, 25% H2 ? Вариант 4 Для реакции 2SO 3 = 2SO2 + O2 ∆GO600K = 82.1 кДж. Определите степень диссоциации SO 3 при этой температуре, если общее давление в системе 0,5 атм. При расчёте упростите решение, считая, что α << 1. Вариант 5 При 494 ОС и общем давлении 742,5 мм рт. ст. двуокись азота диссоциированна по уравнению 2NO2 = 2NO + O2 на 56,5%. Определите давление (в атм.), при котором степень диссоциации NO2будет равна 80%. Вариант 6. Для реакции PCl5(2) = PCl3(2) + Cl2 при 250 ОС Кр = 1,78 атм. Чему равна степень диссоциации PCl 5 при этой температуре и общем давлении в системе 1,78 атм? Вариант 7. Смесь 1 кмоль этилового спирта и 0,091 кмоль ацетальдегида в равновесном состоянии при 298 К занимает объём 63 л., при этом вступает в реакцию 2C2H5OH + CH3COH = CH3CH(OC2H5)2 + H2O 90,72% ацетальдегида. Рассчитайте константу химического равновесия К сродство исходных веществ. c этой реакции и стандартное Вариант 8. Константа равновесия реакции CO + H2O = CO2 + H2 при 970 K равна 1. Определите химическое сродство исходных веществ и укажите направление реакции, если в реакционный сосуд введены следующие количества веществ (моль): CO 0.50, H2O 0.05, CO2 0.20, H2 0.25. Вариант 9. При 800 К и 1,0133·10 5 Па степень диссоциации фосгена на оксид углерода и хлор равна 70%. Определите Кр и Кс. Вариант 10. Гетерогенная реакция C графит + CO2 = 2CO протекает при T = 1000 K. Константа химического равновесия (Кр) при этой температуре равна 1,862 атм. Вычислите количество прореагировавшего твёрдого вещества, если объём системы 4·10 -3 м 3., с исходное давление CO 2 равно 10 4 Па (объёмом твёрдой фазы можно пренебречь). Определите изменение энергии Гиббса, отнесённое к началу реакции, если исходные давления СО2 и СО соответственно равны 5,70·104 и 5,0·104 Па. Задача 3. По методу Тёмкина-Шварцмана на основании стандартных данных для исходных веществ и продуктов реакции, приведённых в справочнике /4/, рассчитать ∆G 0 и константу равновесия К р при температуре Т. (номера вариантов приведены в табл. 12) Таблица 12. Уравнение реакции и значение температуры № варианта Ур авнение реакции 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2H2 + CO = CH3OH 4HCl + O2 = 2H2O + 2Cl2 C3H8 = C3H6 + H2 4NO + 6H2O = 4NH3 + 5O2 2SO2 + O2 = 2SO3 CO + 3H2 = CH4 + H2O CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O 2CO + 2H2 = CH4 + CO2 C6H6 + 3H2 = C6H12 N2 + O2 = 2NO 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 2H2 + O2 = 2H2O 2CO2 = 2CO + O2 SO2 + Cl2 = SO2Cl2 2NO2 = 2NO + O2 N2 + 6H2O = 4NH3 + 3O2 S2(г) + 4CO2 = 2SO2 + 4CO 4CO + 2SO2 = S2(2) + 4CO2 S2(г) + 4H2O = 2SO2 + 4H2 N2O4 = 2NO2 T, K 900 1500 600 1200 1000 1200 1000 1500 600 1100 1200 2000 1900 700 700 1000 900 800 1000 400 Приложения Приложение П1. Зависимость давления насыщенного пара от температуры № вариант а 1 1 2 3 4 Твердое состояние Т, К Р, Па Т, К Р, Па 2 3 Жидкое состояние 4 5 174 175,7 180 182 184 185,5 195,2 199,2 205,2 205,7 209,2 213,2 216,4 221,2 224,2 226,7 183,2 186,2 199,2 203,7 223,2 237,2 245,2 252,2 253,2 - 11997 12950 19995 23994 28659 31992 864,2 7998 16796 19195 22661 29859 35991 45988 55986 66650 333,3 1466 2799 5305 133,3 466,5 799,8 1213 1319 - 180 185,5 188 191 194 196,8 199 221,2 224,2 226,7 229,2 231,2 232,7 243,7 201,2 214,2 219,2 230,2 244 253,2 270,1 286,2 298,2 303,2 308,2 26660 31992 37057 43456 51987 59985 67449 55319 59985 66650 75981 83979 87975 99042 4669,5 7169 7998 13328 21728 1319 2465 3865 4398 7664 11997 2 196 203 213 220 56,8 58 60 62 63 64 373,2 377,2 3 101325 190491 402260 648480 2960 3999 7331,5 11997 12800 17329 5998 7064 4 212 220 223 238 241 242 243 60 64 66 67,8 69 71 72 388,2 392,2 5 592751 648480 674824 1005114 1065237 1131722 1418550 12663 17332 22394 27993 31992 39990 44042 12397 13997 Условия P105, Па 6 7 M=81 dтв=1620 dж=1610 M=128 dтв=2970 dж=2850 M=64 dтв=1600 dж=1560 M=154 dтв=1680 dж=1650 60 600 99,9 999 50 500 10 100 Продолжение приложения П1 1 5 6 7 6 7 M=44 dтв=1542 dж=1510 60 600 M=28 dтв=1026 dж=808 50 500 M=254 dтв=3960 8 9 381,2 383,2 386,2 389,2 392,2 178 183 186 188 191,6 194 196 276,2 278,2 279,2 280,2 281,2 281,4 - 8531 9331 10397 11997 13997 11597 16796 46655 23327 27726 31992 38657 1413 1706 1879 2066 2319 2372 - 393,2 397,2 401,2 403,2 407,2 190 196 186 279,2 281,4 283,2 285,2 287,2 289,2 293,2 14796 16929 19462 20928 23994 31192 38657 19995 2052 2372 2626 2932 3279 3990 4412 dж=3900 20 200 M=34 dтв=1010 dж=980 20 200 M=46 dтв=1230 dж=1240 95 950 Продолжение приложения П1 1 10 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 273,2 274,2 276,2 277,2 278,2 274,2 275,2 277,2 279,2 281,7 338,4 343,2 348,2 353,2 353,7 353,2 363,2 373,2 383,2 393,2 418 446,5 460,2 474,9 490,5 248 254,4 258 259 260 3265,8 3465,8 3932,3 4305,6 4532 3599,1 4065,6 4398,9 5065,4 5798,6 259,9 533,2 733,1 1039,7 1266,3 39,99 79,98 186,6 393,2 679,8 133,3 667 1333 2666 5332,2 7998 13300 17995 19995 23327 278,2 283,2 290,2 299,2 307 280,2 281,7 283,2 285,2 286,7 288,2 348,2 353,7 358,2 363,8 368,8 373,2 363,2 393,2 395,2 400,7 403,7 408,7 490,5 504,8 523 552 583,2 260 265 270 278 282 4532 6052 8931 13330 15996 5598,6 5798,6 6198,5 6931,6 7731,4 8597,9 866,4 1266 1399 1666 2066 2466 186,6 679,8 733,1 973,1 1133 1399,6 5332 8020 13330 26660 53320 23327 27190 31860 40290 47990 М=78 dтв=898 dж=890 М=84 dтв=796 dж=788 М=128 dтв=1145 dж=982 М=122 dтв=1105 dж=1095 М=178 dтв=954 dж=948 М=27 dтв=718 dж=709 7 90 900 60 600 1,3 13 1 10 22 220 80 800 Продолжение приложения П1 1 16 17 2 433,2 437,7 441,2 444,2 448,2 1758,2 1788,2 1810,2 1835,2 1873,2 - 3 31325 35324 39323 43322 47454 22,66 63,98 99,97 115,99 300 - 4 446,4 448,2 451,2 460 470 480 1832,2 1873,2 1905 1938 1956 1991 5 47000 47454 49987 55986 63317 71345 187 300 387 486 573 800 6 7 М=152 dтв=985 dж=977 60 600 М=52 dтв=6800 dж=6750 50 500 Примечание: В таблице также приведены: молекулярная масса вещества (М), плотность в твердом (dтв) и жидком (dж) состояниях. Приложение П2. Система и составы равновесных фаз (x мол.% А в жидкой фазе, y - мол.% А в парообразной фазе) 1 A HNO3 B H2O P=10,133104 Па x y T,K 0 0 373.0 8.4 0.6 379.5 12.3 1.8 385.0 22.1 6.6 391.5 30.8 16.6 394.6 38.3 38.3 394.9 40.2 60.0 394.0 46.5 75.9 391.0 53.0 89.1 385.0 61.5 92.1 372.0 100 100 358.0 Вариант 2 Система A - HNO3 B C2H4O2 P=10,079104 Па x y T,K 0 0 391.1 10.0 3.0 395.1 20.0 8.0 399.5 33.3 34.0 401.6 40.0 47.0 400.3 50.0 82.0 393.3 60.0 96.0 378.0 100.0 100.0 358.3 3 A HF B - H2O P=10,133104 Па x y T,K 4.9 0.8 374.6 9.2 1.8 375.8 18.9 6.4 379.8 22.8 10.6 381.4 33.8 30.5 384.7 34.4 32.1 385.0 35.8 35.8 385.4 39.7 47.5 384.4 44.4 63.3 381.7 50.3 81.0 374.7 56.0 92.2 369.9 61.7 98.9 352.0 79.8 99.2 318.1 87.9 99.5 306.5 100.0 100.0 292.4 Продолжение приложенияП2 4 Вариант 5 A CS2 B CH3COCH3 Система A CCl4 B C2H6O P=10,133104 Па x y T,K 0 0 329.2 1.9 8.3 327.0 4.8 18.5 324.4 13.4 35.1 319.6 18.6 44.3 317.0 29.1 52.8 314.4 P=9.930104 Па x y T,K 0 0 350.9 3.2 16.6 347.8 7.0 26.5 345.4 11.4 35.4 343.3 16.6 43.5 341.1 23.0 49.8 339.6 6 A C4H10O B C6H12O2 бутил ацетат P=0.668104 Па x y T,K 0 0 325.6 18.0 22.5 324.5 28.2 32.2 324.1 35.5 36.3 323.8 37.0 37.0 323.7 43.5 41.6 323.8 38.0 44.8 53.6 65.3 78.9 87.9 96.8 100.0 57.4 59.8 62.7 66.1 70.5 76.0 88.6 100.0 313.3 312.8 312.3 312.1 312.3 313.5 316.5 319.3 31.0 41.1 55.7 63.0 72.9 89.0 100.0 53.6 56.9 59.7 63.0 66.9 84.0 100.0 338.3 337.4 336.9 336.6 337.0 343.0 348.9 59.1 76.5 86.8 92.1 100.0 50.4 64.5 75.2 93.3 100.0 324.2 325.3 326.5 327.7 329.1 Продолжение приложения П2. Вариант A C3H8O B H2O P=10,133104 Па x y T,K 0 0 373.2 1.0 11.0 368.0 Система A C2H6O B С6Н6 P=10,0104 Па x y T,K 0 0 352.8 4.0 15.1 348.2 A CHCl3 B СН3OH P=10,10104 Па x y T,K 0 0 337.9 6.3 16.1 335.4 Продолжение приложения П2 2.0 21.6 365.0 15.9 35.3 342.5 10.3 24.0 333.7 4.0 32.0 363.5 29.8 40.5 341.2 15.2 32.3 332.1 6.0 35.1 362.3 42.1 43.6 340.8 21.2 41.2 330.5 10.0 37.2 361.5 53.7 46.6 341 28.7 48.8 328.9 20.0 39.2 361.1 62.9 50.5 341.4 38.5 54.2 327.5 30.0 40.4 360.9 71.8 54.9 342 51.8 58.9 326.7 40.0 42.4 360.8 79.8 60.6 343.3 70.72 67.8 326.7 50.0 45.2 360.9 87.2 68.3 344.8 84.7 82.3 330.0 60.0 49.2 361.3 93.9 78.7 347.4 100 100 334.4 80.0 64.1 363.5 100.0 100.0 351.1 85.0 70.4 364.5 90.0 77.8 365.8 96.0 90.0 367.0 100.0 100.0 370.3 Приложение П3 Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем Рис. 1. Диаграмма состояния системы Al (A) Mg (B) Рис. 2. Диаграмма состояния системы CuCl (A) FeCl3(B) Рис. 3. Диаграмма состояния системы K (A) Sb (B) Рис. 4. Диаграмма состояния системы CaCl2 (A) CsCl (B) Рис. 5. Диаграмма состояния системы Pd (A) Si (B) Рис. 6. Диаграмма состояния системы Mg (A) Ca (B) Рис. 7. Диаграмма состояния системы KCl (A) CuCl (B) Рис. 8. Диаграмма состояния системы Zn (A) Mg (B) Рис. 9. Диаграмма состояния системы NaNO3 (A) KNO3 (B)