Рефераты → Остальные рефераты → Ме → Методические указания и контрольные задания для учащихся заочников по специальности 2 48 01 35 «Переработка нефти и газа» Новополоцк

Методические указания и контрольные задания для учащихся заочников по специальности 2 48 01 35 «Переработка нефти и газа» Новополоцк

Министерство образования Республики Беларусь


Учреждение образования


«Новополоцкий государственный политехнический техникум»


Физическая и коллоидная химия


Методические указания и контрольные задания для учащихся – заочников по специальности 2 – 48 01 35 «Переработка нефти и газа»


Новополоцк


2009


Разработчик: О.Л.Пирог,
преподаватель учреждения образования


«Новополоцкий государственный политехнический техникум»


Рассмотрено на заседании комиссии спецтехнологии и оборудования


СОДЕРЖАНИЕ

























1. Пояснительная записка………………………………………………….

3

2. Общие методические рекомендации по изучению дисциплины и выполнению контрольных заданий……………………………………….

4

3. Содержание предмета, методические указания к темам, примерные решения задач и вопросы для самоконтроля……………………………..

6

4. Контрольная работа (таблица вариантов)……………………………...

49

5. Контрольные вопросы и задания……………………………………….

51

6. Приложение………………………………………………………………

78

7. Литература………………………………………………………………..

84

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА



Настоящие методические указания и контрольные задания составлены на основании действующей типовой учебной программы, утвержденной Министерством образования Республики Беларусь 10.06.2008 г.


Программой предусматривается изучение учащимися основных законов физической и коллоидной химии применительно к получаемой специальности.


Дисциплина изучается в тесной связи с дисциплиной «Процессы и аппараты химических производств», является основой для изучения специальных дисциплин, непосредственно связанных с технологией химического производства, и базируется на знаниях, полученных при изучении математики, химии, физики.


В результате изучения дисциплины учащиеся


должны знать на уровне представления:


- физический смысл основных законов физической и коллоидной химии;


- области применения законов физической и коллоидной химии при управлении технологическими процессами на производстве;


знать на уровне понимания:


- молекулярно-кинетическую теорию агрегатных состояний вещества;


- основы термохимии, термодинамики, химической кинетики, катализа и электрохимии;


- учение о химическом равновесии, термодинамический принцип смещения равновесия;


- основы термодинамической теории и правило фаз Гиббса;


- классификацию, свойства дисперсных систем, их практическое использование;


- основы коллоидной химии;


уметь:


- использовать термодинамические характеристики при определении направления и условий протекания процессов;


- вычислять кинетические параметры химических процессов (находить константу скорости, энергию активации, составлять кинетические уравнения);


- выполнять расчеты по законам электрохимии, газовым законом.


ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ И ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ



Учебный план предусматривает 2-х часовые установочные занятия на III курсе, на которых преподаватель знакомит учащихся с содержанием курса, его значением, дает необходимые указания по самостоятельному изучению предмета и выполнению контрольных работ.


Лабораторно-экзаменационная сессия, в которую включена данная дисциплина, предусмотрена в I и II семестре III курса. Поэтому очень важно изучение дисциплины в межсезонный период самостоятельно с составлением конспекта по форме, предложенной преподавателем на установочной сессии. Наиболее важные и сложные разделы (по указанию преподавателя) должны быть законспектированы подробнее. Конспект поможет учащемуся в период подготовки к занятиям на лабораторно-экзаменационной сессии и к экзамену. Учащийся должен приступить к выполнению домашних контрольных работ после изучения необходимого материала по данным темам и составления по нему конспекта.


Учебный план предусматривает выполнение учащимися-заочниками по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» двух домашних контрольных работ, шести практических работ и двух лабораторных работ.


В данном пособии контрольные задания разработаны на все установленные учебным планом контрольные работы и охватывают весь программный теоретический материал.


Первая контрольная работа выполняется учащимися после изучения тем 1.1-1.5 раздела I; вторая – тем 1.6-1.7 раздела I и разделов II и III. После изучения теоретического материала следует внимательно разобрать типовые решения с целью закрепления полученных знаний, затем выяснить, какие из необходимых к выполнению контрольных задач относятся к данной теме и решить их, пользуясь конкретным типовым решением. Целесообразно при решении задачи повторить соответствующий теоретический материал.


Каждый учащийся выполняет вариант задания, обозначенного двумя последними цифрами его шифра.


Контрольные работы должны быть аккуратно оформлены, в тетради должны быть широкие поля для замечаний рецензента, желательно оставлять несколько свободных строк после ответа на каждую задачу. Писать нужно четко и ясно. На первой странице указывается номер шифра и записываются номера задач в том порядке, в каком они стоят в контрольных работах.


Условие задачи записывается полностью, а затем дается подробное решение по типу приведенного в методике с приведением всех математических преобразований. Наличие примерных решений не исключает поиска учащимися самостоятельного пути решения, его необходимо только обосновать. На теоретические вопросы нужно дать точные ответы. При решении задач желательно придерживаться следующей системы:


1. Внимательно, не менее двух раз, прочтите условие задачи.


2. Уясните, что дано и что требуется узнать в данной задаче.


3. Уточните, чем предлагаемая задача отличается от данного в методике примерного решения.


4. Пользуясь учебником, повторите физическую сущность данных и определенных величин, уточните их единицы измерения.


5. Найдите в учебнике формулы, дающие зависимость между данными и искомыми величинами.


6. Приступая к выполнению, четко продумайте план решения задачи, не забывая при этом, что в условии иногда разные величины даны в разнородных единицах, их нужно всегда привести к однородным.


7. Получив ответ, укажите единицу измерения величины и попробуйте оценить правдоподобность результата.


После выполнения контрольной работы обязательно укажите литературу, которой Вы пользовались, наименование и год издания. Это позволит рецензенту дать Вам четкое указание, какие страницы или параграфы учебника нужно проработать повторно. Присланная Вами работа, даже с оценкой «зачтено», может иметь те или иные недостатки, отмеченные рецензией. Они должны быть исправлены и работа предъявлена преподавателю на сессии.


СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДМЕТА


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ТЕМАМ


ПРИМЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ



Введение



Цели, задачи и предмет дисциплины «Физическая и коллоидная химия», ее значение в подготовке специалистов. Основные этапы развития науки. Роль М.В. Ломоносова и современных ученых (Вант-Гофф, Рауль, Гесс, Гиббс, Клаузиус, Нернст, Больцман и др.) в развитии физической и коллоидной химии. Новые направления ее дальнейшего развития. Методы исследования, применяемые в физической и коллоидной химии.


Прикладное значение физической и коллоидной химии.


Раздел 1. Физическая химия



Тема 1.1 Молекулярно-кинетическая теория агрегатных состояний вещества



Агрегатные состояния вещества, их различие с точки зрения кинетической энергии. Плазменное состояние вещества.


Газообразное состояние. Газ как рабочее тело. Параметры состояния. Модель идеального газа. Газовые законы, их графическое выражение. Уравнение Клапейрона-Мендеелева. Универсальная газовая постоянная, ее физический смысл.


Реальные газы. Причины отклонения в поведении реальных газов от законов идеальных газов. Уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса. Изотерма реального газа.


Критическое состояние и критические параметры вещества. Газовые смеси. Состав смеси по массовым, объемным и молярным долям. Парциальное давление. Закон Дальтона.


Жидкое состояние вещества (общая характеристика, современные представления). Поверхностное натяжение, его зависимость от температуры. Вязкость жидкостей и газов. Значение вязкости и поверхностного натяжения для различных технологических процессов. Испарение и кипение жидкостей. Правило Трутона.


Твердое состояние вещества. Кристаллическое и аморфное состояние. Основные типы кристаллических решеток.


Практическая работа № 1



Проведение расчета параметров состояния идеальных и реальных газовых систем.


Лабораторная работа № 1



Определение вязкости жидкости.


Методические указания к теме 1.1



При изучении темы обратите особое внимание на основные допущения молекулярно-кинетическое теории газов, которые позволяют теоретические обосновать экспериментально найденные газовые законы.


Необходимо помнить следующие постоянные:


1. Нормальные условия: температура 0 °С или 273 К, давление 101325 Па.


2. Объем 1 киломоля газа в нормальных условиях 22,4 м3
.


3. Газовая постоянная R = 8,314 · 103
Дж/кмоль·К


Эти величины, а также уравнение Менделеева-Клапейрона, используются в дальнейших темах курса, а также в спецтехнологии.


Запомните единицы измерения основных газовых параметров. Обратите особое внимание на необходимость всех физических величин в решениях задач в единицах СИ.


Внимательно изучите раздел «Реальные газы», уясните причины отклонения свойств реальных газов от идеальных, физический смысл поправок, введенных Вандер-Ваальсом, способ расчета параметров реальных газов по уравнению Д.И.Менделеева с введением коэффициента сжимаемости.


Учитывая, что температура и давление – основные факторы, обуславливающие взаимный переход агрегатных состояний вещества, как при этом подтверждается действие одного из основных законов развития природы и общества – закона перехода количества в качество?


Очень важно знать, что такое испарение, что кипение характеризуется равенством давления насыщенного пара и внешнего давления, давление насыщенного пара растет с ростом температуры; как изменяется температура кипения жидкости в зависимости от величины внешнего давления, как температура кипения зависит от давления насыщенного пара.


Знание основных физических свойств агрегатных состояний вещества понадобится при изучении тем «Термохимия», «Основы термодинамики пара», «Химическая кинетика», «Катализ», «Фазовое равновесие», «Растворы», раздела II «Основы коллоидной химии», курса «процессы и аппараты химической промышленности», спецтехнологии.


Примерные решения задач к теме 1.1



Пример 1. Метан под давлением 0,12 МПа занимает объем 18 м3
. Определить объем метана под давлением 6000 Па при Т = const.





Дано:


Р1
= 0,12 МПа = 0,12 · 106
Па


V1
= 18 м3


Р2
= 6000 Па


___________________


V2
- ?

Решение:


Используем закон Бойля-Мариотта


Р1
V1
= Р2
V2


откуда: V2
=


V2
= = 360 м3



Пример 2. Температура в комнате 20 °С. Определите температуру, при которой в условиях постоянства объема давление возрастает в 2 раза (в °С).





Дано:


= 2


t1
= 20 °С


___________________


t2
- ?

Решение:


Используем закон Шарля:


=


Откуда: Т2
= Т1


Определяем температуру в градусах термодинамической шкалы


Т1
= 20 + 273 = 293 К


Т2
= 2 · 293 = 586 К


t2
= 586 – 273 = 313 °С.

Пример 3. Объем газа при 140 °С – 25 м3
. Определите объем газа, если при постоянном давлении он нагрет до 1400 °С.





Дано:


V1
= 25 м3


t1
= 140 °С


t2
= 1400 °С


________________


V2
- ?

Решение:


Используем закон Гей-Люссака:


; откуда V2
=


Определяем температуру в градусах термодинамической шкалы:


Т1
= 140 + 273 = 413 К


Т2
= 1400 + 273 = 1673 К


V2
= = 101 м3




Пример 4. Определить плотность металла при нормальных условиях и при 300 °С, если давление постоянно.


Решение:


Так как по закону Авогадро киломоль любого газа в нормальных условиях занимает объем 22,4 м3
, плотность метана составит:


rо
= = 0,714 кг/м3


где 16,0 – молярная масса, кг/моль


Для определения плотности метана при t = 300°С воспользуемся следствием из закона Гей-Люссака:


= , откуда r1
= rо
·


То
= 0 + 273 = 273 К


Т1
= 300 + 273 = 573 К


r1
= 0,714 = 0,34 кг/м3


Пример 5. Определите давление, оказываемое 2 кг углекислого газа, занимающих объем 250 л при 130 °С.





Дано:


V = 250 л = 0,25 м3


m = 2 кг


М = 44 кг/кмоль


R = 8,314 · 103


Т = 130 + 273 = 403 К


________________________


Р - ?

Решение:


Используем закон Менделеева-Клапейрона


РV = RТ


откуда: Р =


Р = = 6,09 · 105
Па

Пример 6. Приведите объем газа к нормальным условиям, если при 300°С и давлении 1,8 МПа он равен 1,5 м3
.





Дано:


Т1
= 300 + 273 = 573 К


Т0
= 273 К


Р1
= 1,8 Мпа


Р0
= 101325 Па


V1
= 1,5 м3


_____________________


V0
- ?

Решение:


Используем характеристическое уравнение:


= , откуда


V0
=


V0
= = 12,7 м3




Пример 7. Определите объем, занимаемых 20 кг водорода при минус 100°С и давлении 19,44 МПа.


Решение:


При указанных параметрах расчет следует вести по уравнению Менделеева-Клапейрона с введением коэффициента сжимаемости Zс


РV = Zс
RT, откуда


V =


Вначале находим по таблице 1 критические параметры для водорода


Ткр.
= 33,3 К; Ркр.
= 1296 кПа


Затем определяем приведенное давление


П = = 15


и приведенную температуру


t = = 5,1


По таблице 2 находим для


t = 5 и П = 15 Zс
= 1,30


t = 6 и П = 15 Zс
= 1,24


При изменении t на 1 (от 5 до 6) Zс
изменяется на 0,06 (от 1,30 до 1,24). У нас t = 5,1 т.е. на 0,1 больше табличного значения t = 5.


Следовательно,


Dt = 1------------------ DZс
= 0,06


Dt = 0,1 --------------- Х


Х = 0,006


Тогда для t = 5,1 и П = 15


Zс
= 1,300 – 0,006 = 1,294


m = 20 кг


Т = 273 – 100 = 173 кг


М = 2


Р = 19,44·106
Па


R = 8,314·103


V = = 0,96 м3


Пример 8. Определите общее и парциальные давления газа в объеме 3 м3
, если в нем при 25 °С находятся 2 кг азота и 3 кг СО2.


Дано:


V = 3 м3


Т = 25 + 273 = 298 К


mm
2
= 2 кг


mСО2
= 3 кг


mm
2
= 28


МСО2
= 44


R = 8,314·103


_________________________


Робщ
. - ? Рm
2
- ? РСО2
- ?


I вариант решения:



Воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона:


РV = RТ, откуда


Р =


Рm
2
= = 5,9·104
Па


РСО2
= = 5,6·104
Па


Робщ.
= Рm
2
+ РСО2
= 5,9 · 104
+ 5,6 ·104
= 1,15 · 105
Па



II вариант решения:



Определяем число киломолей азота и углекислого газа


nm
2
= = 0,0714; n СО2
= = 0,0682;


Общее число киломолей:


0,0714 + 0,0682 = 0,1396


Определяем молярную долю каждого газа как частное от деления числа молей газа на общее число молей


N
m
2
= = 0,51;


N
СО2
= = 0,49 или N
СО2
= 1 - N
m
2
= 0,49


Общее давление газа:


Робщ.
= 0,1396 = 1,15·105
Па


По закону Дальтона парциальное давление компонента в смеси равно молярной доле его в смеси, умноженной на общее давление смеси.


Поэтому:


Рm
2
= 0,51х1,15х105
= 0,59х105
Па


РСО2
= 0,41х1,15х105
= 0,56х105
Па


Пример 9. Атмосферный воздух содержит (в % объемных): Nа
– 78; О2
– 21; Аr
– 1,0. Воздух сжат до 15 МПА. Определить:


1. Парциальные давления компонентов.


2. Среднюю молярную массу воздуха.


3. Плотность воздуха.


Решение:


Парциальные давления находим по формуле:


Рпарц.
= Робщ.
х r, где


r – молярная или объемная доля газа в смеси.


Тогда:


Рm
2
= 15·0,78 = 11,70 МПа


РО2
= 15·0,21 = 3,15 МПа


РАr
= 15·0,01 = 0,15 МПа


Среднюю молярную массу находим по формуле:


Мср
. = Мm
2
· rm
2
+ М О2
· r О2
+ МАr
· rАr


Мср
. = 28·0,78+32·0,21+40·0,01 = 21,84+6,72+0,40 = 28,96


Плотность воздуха r = = 1,29 кг/м3


Вопросы для самоконтроля:



1. Сравните агрегатные состояния вещества с точки зрения кинетической энергии частиц.


2. Охарактеризуйте плазменное состояние вещества.


3. Дайте понятие о модели идеального газа.


4. Сформулируйте газовые законы, запишите их математические и графические выражения.


5. Запишите уравнение Клапейрона-Менделеева и укажите физический смысл универсальной газовой постоянной.


6. Назовите причины отклонения в поведении реальных газов от законов идеальных газов.


7. Запишите уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса.


8. Сформулируйте закон Дальтона и приведите формулы для расчета основных параметров газовых смесей.


9. Перечислите особенности жидкого состояния.


10. Дайте определение понятиям «вязкость» и «поверхностное натяжение» и объясните их значение для технологических процессов.


11. Охарактеризуйте процессы испарения и кипения жидкостей.


12. Объясните, чем различаются кристаллическое и аморфное состояние вещества.


13. Охарактеризуйте основные типы кристаллических решеток. Приведите примеры веществ с различным типом кристаллических решеток.


Тема 1.2 Химическая термодинамика. Термохимия. Элементы термодинамики пара.



Предмет термодинамики и его значение для изучения химических процессов.


Основные термодинамические понятия: система, процесс, функция состояния.


Закон сохранения энергии и первое начало термодинамики. Теплоемкость веществ. Молярная, удельная и объемная теплоемкость. Изохорная и изобарная теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры и давления. Средняя и истинная теплоемкость. Связь между различными видами теплоемкости.


Теплоемкость газовой смеси.


Работа расширения газа при изобарическом, изохорическом, изотермическом и адиабатическом процессах.


Термохимия. Тепловой эффект реакции. Факторы, влияющие на тепловой эффект. Закон Кирхгофа. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса. Стандартная энтальпия образования веществ. Теплота горения, растворения, нейтрализации, изменения агрегатного состояния вещества.


Термодинамические обратимые и необратимые процессы. Второй закон термодинамики. Статистическое толкование энтропии. Стандартная энтропия веществ. Энергия Гиббса. Направление химических процессов.


Влажный и сухой насыщенный пар, перегретый пар. Процесс парообразования в р-V, Т-S диаграммах. Пограничные кривые. Н-S диаграмма, ее построение и значение. Термодинамика влажного газа.


Практическая работа № 2


Осуществление расчета теплоемкости веществ и определение теплового эффекта химических реакций.


Практическая работа № 3


Определение направления протекания химических процессов, термохимических свойств пара.


Методические указания к теме 1.2



Изучение темы следует начать с основных термодинамических понятий: система, изолированная система, внутренняя энергия системы – функция ее состояния; теплота и работа – функции процесса. Большое практическое значение имеет умение учащихся рассчитывать истинную теплоемкость вещества при заданной температуре, переходить от мольной теплоемкости к массовой (удельной) или объемной.


На основании 1 закона термодинамики выводятся основные расчетные формулы пяти термодинамических процессов: изохорного, изобарного, изотермического, адиабатического, политропного. Важно усвоить, что тепловой эффект химической реакции является мерой изменения внутренней энергии (или энтальпии) системы, уметь рассчитывать величину теплового эффекта по теплотам образования или сгорания реагирующих веществ. Обратите внимание, что тепловой эффект реакции (теплота термохимическая - ) и теплота термодинамическая или DН имеют противоположный знак.


= - Q = - DН


постарайтесь понять физический смысл этих величин.


Практическое умение рассчитать величины теплоемкостей тепловой эффект реакции понадобится в курсовом и дипломном проектировании.


При изучении II закона термодинамики важно усвоить понятия термодинамической обратимости и необратимости процесса, самопроизвольно протекающего необратимого процесса, свободной и связанной энергии системы, энтропии как функции состояния системы.


Практические важно научиться рассчитывать возможности проведения химической реакции при заданной температуре, пользуясь II законом термодинамики по табличным значениям DН и S реагирующих веществ.


Это позволит сознательно усвоить в дальнейшем принцип Ле-Шателье и методы управления химическими реакциями.


При изучении основ термодинамики пара желательно усвоить процесс парообразования в Р-V и Т-S координатах, знать, как изображаются термодинамические процессы в этих координатах, запомнить, какими параметрами характеризуется насыщенный пар, уравнения состояния паров.


Термодинамика влажного газа и воздуха в дальнейшем более подробно будет рассматриваться в курсе «Процессы и аппараты химической промышленности» по теме «Сушка».


Примерные решения задач к теме 1.2



Пример 1: Определить молярную истинную теплоемкость N2
при 100 ºС. По полученному значению молярной теплоемкости определите удельную и объемную теплоемкости.


Решение: По таблице 3 находим коэффициенты уравнения С= f(Т). Поскольку N2
– неорганическое вещество, для него воспользуемся формулой:


С= а + вТ +


Находим: а = 27,87; в · 103
= 4,27, поэтому в = 4,27·10-3
; третьего члена в уравнении нет – в таблице – прочерк.


Т = 100 + 273 = 373 К


С, 373 = 27,87 + 4,27·10-3
·373 = 27,87 + 4,27·0,373 = 29,46


Удельную теплоемкость определяем по формуле:


Суд
= ·1000


Суд
= ·1000 = 1052


Объемную теплоемкость находим по формуле:


Соб
= ·1000


Соб
= ·1000 = 1315


Пример 2: Определите молярную, удельную и объемную истинные теплоемкости ацетилена С2
Н2
при 550 ºС.


Решение:


Поскольку ацетилен – органическое вещество, воспользуемся для расчета формулой:


С= f(Т) = 4 + вТ + сТ2
+ dТ3


По таблице 3 находим коэффициенты уравнения:


а = 23,46


в · 103
= 85,77; в = 85,77·10-3


с · 106
= - 58,34; с = - 58,34·10-6


d · 109
= 15,87; d = 15,87·10-9



Т = 550 + 273 = 823 К


С, 823 = 23,46 + 85,77 · 10-3
·823 – 58,34 · 10-6
·8232
+ 15,87 · 10-9
· 8233
= 23,46 + + 85,77 · 0,823 – 58,34 · 0,8232
+ 15,87 · 0,8233
= 23,46 + 70,59 – 39,50 + 8,84 =


= 63,39


Удельную теплоемкость находим по формуле:


Суд
= ·1000


Суд
= ·1000 = 2438


Объемную теплоемкость находим по формуле:


Соб
= ·1000;


Соб
= ·1000 = 2830


Пример 3: Пользуясь табличными значениями энтальпий образования, определите изменение энтальпии и тепловой эффект реакции в стандартных условиях.


СН4
+ Н2
О(г) = СО + 3Н2



Используем данные таблицы 3


Решение:


Используем I-е следствие из закона Гесса:


DН = åDН- åDН


DН = DН + 3 DН- DН- DН(г) = - 110,50 + 0 – (-74,85) – (-241,84) = = 206,19


Тепловой эффект реакции имеет обратный знак:


= - 206,19


Пример 4: Пользуясь табличными значениями энтальпий сгорания, определите изменение энтальпий и тепловой эффект реакции в стандартных условиях.


С2
Н2
= 2Н2
= С2
Н6



Используем данные таблицы 3


Решение:


Используем II следствие из закона Гесса:


DН = DН - DН


DН = DН+ 2 DН- DН; DН = - 1299,63 + 2 · (-285,84) – (-1559,88) = = - 311,43


Внимание!
Теплота сгорания Н2
равна теплоте образования жидкой воды. Тепловой эффект реакции имеет обратный знак:


= 311,43


Пример 5: Пользуясь табличными значениями энергии связи, определите тепловой эффект реакции:


С2
Н4
+ Н2
О = С2
Н5
ОН


Решение:


Записываем структурные формулы веществ, участвующих в реакции:


Н – С = С – Н + Н – О – Н =



Н Н


Н Н



= Н – С – С – О – Н



Н Н


Тепловой эффект реакции равен сумме энергий связи продуктов минус сумму энергий связи исходных веществ.


В молекуле этилового спирта С2
Н5
ОН имеется пять связей С-Н; одна связь С-С, одна связь О-Н; в молекулах исходных веществ одна связь С = С, четыре связи С-Н; две связи О-Н (в воде).


Пользуясь данными таблицы 4, имеем:


реакц
= 5·358,2 + 262,8 + 374,0 + 418,4 – 425,0 – 4·358,2 – 2·460,0 =


= 68,4 кДж/моль.


Пример 6: Определите средние молярную, удельную и объемную теплоемкости газовой смеси состава (в % объемных):


Н2
– 25; N2
– 10; О2
– 3; СО2
– 28; СО – 34 при 25 ºС


Решение:


Пользуясь таблицей 3, находим молярные теплоемкости компонентов смеси при Т = 25 + 273 = 298 К.


С учетом процентного состава смеси молярная теплоемкость равна:


Смольн
= =


= = 31,31


Находим среднюю молярную массу смеси:


Мср
= = 26,1


Удельная теплоемкость смеси:


·100 = 1200


Объемная теплоемкость смеси:


·1000 = 1398


Пример 7: Вычислите теплоту сгорания пентана С5
Н12
при 25 ºС по формуле Д.П.Коновалова.


Решение:


С5
Н12
+ 8 О2
= 5 СО2
+ 6 Н2
О(ж)


По формуле Д.П.Коновалова тепловой эффект равен:


= 204,2h + 44,4m + х, где


h - число атомов кислорода, требующихся для полного сгорания I моля данного вещества;


m – число молей воды, образующихся при сгорании;


х – термическая характеристика, определяется по таблице 5.


Для предельных углеводородов х = 0.


Для равной реакции = 16; m =6.


= 204,2·16+44,4·6 = 3267,2 + 266,4 = 3533,6 кДж/моль


Теплоту сгорания рассчитываем по формуле:


= = - DhRТ


При подсчете изменения числа молей Dh учитываем только газообразные вещества: Dh = 5 – 9 = -4.


= 3533,6 + 4·8,314·10-3
·298 = 3533,6 + 9,9 = 3543,5


Пример 8: При охлаждении 12 л кислорода от 200 до -40 ºС одновременно повышается давление от 105
до 6·106
Па. Рассчитайте изменение энтропии, если С= 29,2 Дж/(моль·К). (Считать кислород идеальным газом).


Решение: Рассчитаем число молей кислорода из уравнения состояния идеального газа (1.15):


n = = 0,3052


Используем формулу (11.47):


S2
– S1
= 0,3052·2,303 (8,314 lg + 29,2 lg) = - 16,77 Дж/К.


При охлаждении газа энтропия уменьшается (S1
> S2
).



Вопросы для самоконтроля:



1. Дайте определения основным термодинамическим понятиям: система, процесс, функция состояния.


2. Приведите формулировки первого закона термодинамики.


3. Дайте определения понятий: теплоемкость; молярная, удельная и объемная и теплоемкость веществ; изохорная и изобарная теплоемкость. Покажите связь между различными видами теплоемкости.


4. Приведите формулу для расчета теплоемкости газовой смеси.


5. Дайте определение понятиям: тепловой эффект химической реакции и стандартный тепловой эффект реакции.


6. Сформулируйте закон Гесса и приведите следствия, вытекающие из него.


7. Сформулируйте закон Кирхгофа и изобразите его математически.


8. Дайте определения понятиям: стандартная энтальпия образования вещества, теплота горения, растворения и нейтрализации.


9. Приведите формулировки второго закона термодинамики.


10. Приведите статистическое толкование энтропии.


11. Объясните, к какому виду процессов следует отнести растворение кислорода в воде (самопроизвольные или несамопроизвольные), если известно, что он протекает с убылью гиббсовой энергии.


12. Охарактеризуйте влажный и сухой насыщенный пар, перегретый пар.


13. Объясните термодинамику влажного газа.


Тема 1.3 Химическое равновесие



Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия. Связь между Кр
и Кс.
Изменение энергии Гиббса. Максимальная работа обратимого процесса. Термодинамические потенциалы. Уравнения изохоры и изобары реакции. Факторы, влияющие на положение равновесия. Принцип Ле- Шателье, его практическое применение.


Практическая работа № 4


Вычисление констант равновесия, величин химического сродства. Определение направленности протекания химических реакций.


Методические указания к теме 1.3



Понятие химического равновесия и основные положения этой темы известны учащимся по курсам общей химии. Поэтому основной задачей является научиться на основании термохимических данных, рассчитывая термодинамический потенциал реакции определять температуру, при которой устанавливается состояние равновесия, для простейших реакций находить состав смеси в момент равновесия, рассчитывать выход продукта при изменении температуры реакции. Техник-технолог должен уметь на основании принципа Ле-Шателье и кинетических закономерностей подбирать оптимальные условии проведения химического процесса, знать методы управления ими.


Примерные решения задач к теме 1.3







Пример: Вычислите константу равновесия К при 25 ºС и 101325 Па для реакции


2Н2
S(г) + SО2
(г) D 2Н2
О(ж) + 3S(тв)


используя табличные значения стандартных величин термодинамических функций.


Решение: По формуле (V.14) вычисляем изменение стандартного изобарного потенциала:




Вопросы для самоконтроля:



1. Опишите обратимые и необратимые процессы. Приведите примеры этих процессов.


2. Объясните особенности химического равновесия и покажите связь между Кр
и Кс
.


3. Раскройте сущность химического сродства. Объясните, что является мерой реакционной способности химической системы?


4. Запишите уравнение изотермы реакции. Что эти уравнения позволяют определить?


5. Запишите уравнения изохоры и изобары реакции. Какие величины можно рассчитать по этим уравнениям?


6. Сформулируйте принцип Ле-Шателье и выполните упражнение. В промышленности некоторые металлы получают восстановлением их оксидов водородом.


Например:


WО3(кр)
+ 3Н2(г)
" W(кр)
+ 3Н2
О(г)
.


Как повлияет на глубину процесса восстановления:


а) повышение общего давления системы;


б) повышение температуры системы;


в) «вентиляция» системы потоком водорода;


г) увеличение количества оксида металла?


Тема 1.4 Фазовое равновесие



Гомогенные и гетерогенные системы. Основные понятия термодинамики фазового равновесия. Правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграммы состояния однокомпонентных и двухкомпонентных систем с простой эвтектикой. Термографический анализ.


Практическая работа № 5


Определение числа фаз, компонентов и степени свободы в различных системах.


Методические указания к теме 1.4



Прежде всего, следует твердо усвоить основные понятия фазового равновесия. При этом важно помнить:


1. Любое число газов в системе составляет одну фазу, т.к. между различными газами нет границы раздела.


2. Каждое твердое вещество – отдельная фаза, т.к. сколько твердых веществ – столько и фаз.


На основании правила фаз рассмотрите основные диаграммы одно- и двухкомпонентных систем.


Примерные решения задач к теме 1.4



Пример: Определите число степеней свободы системы:


SiО2
+ 3С = SiС + 2 СО


(Т) (Т) (Т) (Г)


Решение:


Задача решается по правилу фаз:


С + Ф = К + 2, где


Ф – число фаз;


К – число независимых компонентов;


С – число степеней свободы.


В данной системе 3 твердых вещества (SiО2
, С, SiС), каждое твердое вещество – отдельная фаза; любая смесь газов всегда одна фаза, но здесь вообще одно газообразное вещество – СО. Следовательно, Ф=4 (3 твердых фазы и 1 газовая). Число независимых компонентов К равно общему числу реагирующих веществ минус число уравнений, их связывающих; следовательно, К = 4 – 1 = 3. Поэтому С + 4 = 3 + 2; С = 1.


Система имеет одну степень свободы.


Вопросы для самоконтроля



1. Дайте определения следующим понятиям: фаза, компонент, степень свободы.


2. Приведите правило фаз.


3. Определите число степеней свободы: а) насыщенного раствора борной кислоты над осадком Н3
ВО3
; в) влажного воздуха, содержащего пары хлора; в) нефти.


4. Приведите уравнение Клаузиуса-Клапейрона и исходя из него объясните особенности фазовых переходов.


Тема 1.5 Растворы



Растворение как физико-химический процесс. Факторы, влияющие на процесс растворения. Гидратная теория растворов Д.И.Менделеева. Растворы идеальные, реальные, предельно разбавленные. Растворы электролитов.


Осмотическое давление в растворах неэлектролитов и электролитов. Применение модели идеальных растворов к разбавленным растворам. Закон Вант-Гоффа. Изотонический коэффициент, его связь со степенью диссоциации.


Давление пара над разбавленными растворами. Первый закон Рауля. Температура замерзания и кипения растворов. Второй закон Рауля. Эбуллиоскопическое и криоскопическое определение молярной массы.


Давление пара над смесью неограниченно растворимых жидкостей. Азеотропные смеси. Законы Коновалова.


Равновесие в системе жидкость-жидкость. Закон распределения. Экстракция. Растворы газов в жидкостях. Закон Генри. Закон Генри-Дальтона. Их применение.


Практическая работа № 6


Проведение расчета осмотического давления, концентрация и степени диссоциации растворов, упругости пара над растворами. Определение температуры кипения и замерзания растворов, молярной массы по температуре кипения и замерзания.


Методические указания к теме 1.5


В изучаемом курсе необходимо научиться рассчитывать основные молекулярно-кинетические свойства растворов: осмотическое давление, давление пара над раствором, температуру замерзания и кипения раствора.


Очень важно усвоить закон Рауля и закон Коновалова для сознательного изучения процессов фракционной перегонки и ректификации в курсе «Процессы и аппараты химической промышленности», знать закономерности перегонки реальных двойных жидких смесей (II закон Коновалова), применяемой для разделения продуктов реакции.


Знание закона распределения поможет понять процесс экстракции, применяемой в химической технологии.


Простое положение: растворимость газа в жидкости растет с ростом давления и газа и понижением температуры газа и жидкости – находит широчайшее применение во всех технологических процессах. Попробуйте показать это на примерах из своей производственной практики (улучшение технологии и забота об охране окружающей среды).


Примерные решения задач к теме 1.5














Пример 6. Вычислить молярность раствора глюкозы, если массовая доля С6
Н12
О6
0,01 (1 %). Плотность раствора принять равной единице.


Решение: В 100 г раствора глюкозы заданной концентрации содержится 1 г глюкозы. Так как rраст
= 1, то масса 1 л раствора равна 1 кг. Содержание глюкозы в 1 л равно 1000х1/100 = 10 г, что составляет 10/180 = 0,055 моль. МС6Н12О6
= 180. Следовательно, раствор глюкозы 0,055 М.


Пример 7. Определить нормальность раствора серной кислоты, если массовая доля Н2
SО4
0,30 (30 %). Плотность раствора равна 1,224 г/см3.


Решение: Определим массу 1 л серной кислоты указанной концентрации 1000х1,224 = 1224 г. В растворе содержится = 367,2 г Н2
SО4
, или 367,2 : : 49 = 7,5 г-экв. Следовательно, раствор серной кислоты 7,5 н.


Пример 8. Имеется раствор серной кислоты с массовой долей Н2
SО4
0,1 (10 %). Вычислите молярность этого раствора.


Решение: В 100 г раствора серной кислоты содержится 10 г Н2
SО4
и 90 г воды. Определим содержание серной кислоты в 1000 г воды; оно равно 1000х10/90 = 111,1 г, или 111,1/98 = 1,13 моль.


Раствор серной кислоты с массовой долей Н2
SО4
0,1 (10 %) 1,13 m.


Пример 9. Вычислите молярные доли воды и спирта в водном растворе спирта, если массовая доля спирта 0,4 (40 %).


Решение: В 100 г раствора указанной концентрации содержатся 40 г спирта С2
Н5
ОН и 60 г воды. Вычисляем количество молей спирта и воды:


nb
= 40/46 = 0,87 моль С2
Н5
ОН; nа
= 60/18 = 3,33 моль Н2
О


Сумма nа
+ nb
= 4,20 моль. Согласно (III.10) и (III.11).


для спирта Nb = 0,87/4,20 = 0,207 (20,7 %),


для воды Nа = 3,33/4,20 = 0,793 (79,3 %).


Пример 10. Осмотическое давление 0,1 н. ZnSО4
при 0 ºС равно 1,59х105
Па. Определить кажущуюся степень диссоциации соли в данном растворе.


Решение: Концентрация раствора сульфата цинка равна 0,05 моль/л, или 0,05 кмоль/м3
. Для растворов электролитов применяем формулу (III.16), из которой находим изотонический коэффициент:


i = = = 1,401


Соль ZnSО4
при диссоциации образует два иона (К=2). Согласно (III.18) i = 1 + a.Отсюда a = i – 1 = 1,401 – 1 = 0,401 или a = 40,1 %.


Вопросы для самоконтроля:



1. Объясните, почему растворение является физико-химическим процессом?


2. Перечислите факторы, влияющие на процесс растворения.


3. Сформулируйте основные положения гидратной теории Д.И.Менделеева.


4. Охарактеризуйте идеальные, реальные, предельно разбавленные растворы и растворы электролитов.


5. Дайте определение понятиям «осмотическое давление».


6. Приведите уравнение Вант-Гоффа для растворов неэлектролитов и растворов электролитов.


7. Покажите связь изотонического коэффициента со степенью диссоциации.


8. Сформулируйте первый закон Рауля.


9. Объясните, почему понижается давление пара и температура замерзания, растет температура кипения раствора по сравнению с чистым растворителем?


10. Сформулируйте второй закон Рауля.


11. Раскройте физический смысл криоскопической и эбуллиоскопической постоянной.


12. Объясните сущность эбуллиоскопии и криоскопии.


13. Раскройте сущность законов Коновалова.


14. Опишите состав азеотропных смесей.


15. Сформулируйте закон Генри и закон Генри-Дальтона.


16. Раскройте сущность закона распределения.


17. Охарактеризуйте процесс экстракции.


Тема 1.6 Электрохимия



Задачи электрохимии. Проводники I и II рода. Полупроводники. Удельная электропроводность и ее измерение. Теория сильных электролитов. Эквивалентная электропроводность. Закон Кольрауша. Связь между степенью диссоциации и эквивалентной электропроводностью. Закон разбавления Оствальда. Кондуктометрическое титрование. Электродные потенциалы. Стандартные и индикаторные электроды. Уравнение Нернста. Ряд стандартных электродных потенциалов.


Гальванические элементы. Элементы Якоби-Даниэля, Вестона. Электродвижущая сила гальванического элемента, ее измерение.


Концентрационные элементы. Диффузионный потенциал. Окислительно-восстановительные потенциалы. Потенциометрическое определение концентрации ионов водорода. Потенциометрическое титрование.


Электролиз растворов и расплавов электролитов. Законы Фарадея. Электрохимическая коррозия металлов. Способы защиты от нее.


Практическая работа № 7


Вычисление удельной и эквивалентной электропроводности, электродных потенциалов, электродвижущей силы гальванических элементов. Вычисления по законам Фарадея.


Методические указания к теме 1.6



Электрохимия – раздел физической химии, изучающий закономерности взаимопревращения электрической и химической энергии. Тема состоит из теории электропроводности растворов, описания устройства и работы гальванических элементов и теории электролиза.


Основное внимание следует обратить на раздел «Электролиз». Важно изучить химическую сущность процесса, знать законы электролиза Фарадея, уметь рассчитать массу вещества, необходимое время электролиза, силу тока и т.д. по объединенному закону Фарадея, знать практическое применение и перспективы электролиза. При изучении теории электропроводности важно научиться определять по величине электропроводности раствора степень электролитической диссоциации, константу диссоциации. Необходимо знать устройство и принцип работы гальванического элемента, метод расчета величин ЭДС.


Примерные решения задач к теме 1.6


Пример: Какие процессы протекают на электродах при электролизе раствора сульфата кальция? Какие вещества и в каком количестве выделяются на электродах при прохождении через раствор тока 3,6 а в течение 42 минут?






Вопросы для самоконтроля:



1. Объясните, в чем заключается различие между проводниками I и II рода.


2. Охарактеризуйте удельную электропроводность и приведите порядок ее определения.


3. Раскройте сущность закона Кольрауша.


4. Объясните связь между степенью диссоциации и эквивалентной электропроводностью.


5. Раскройте сущность закона разбавления Оствальда.


6. Опишите метод кондуктометрического титрования.


7. Дайте понятия об электродных потенциалах, стандартных и индикаторных электродах.


8. Приведите уравнение Нернста.


9. Объясните, каким образом построен ряд стандартных электродных потенциалов.


10. Дайте определение понятия «гальванический элемент».


11. Охарактеризуйте элементы Якоби-Даниэля и Вестона.


12. Опишите, как измеряют электродвижущую силу гальванического элемента.


13. Охарактеризуйте концентрационный и окислительно-восстановительный элементы.


14. Приведите порядок потенциометрического определения концентрации ионов водорода.


15. Охарактеризуйте метод потенциометрического титрования.


16. Охарактеризуйте процессы электролиза растворов и расплавов электролитов.


17. Сформулируйте законы Фарадея.


18. Объясните сущность процесса электрохимической коррозии.


19. Приведите способы защиты от коррозии.


Тема 1.7 Химическая кинетика и катализ



Скорость химической реакции. Гомогенная и гетерогенная система. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Закон действия масс. Константа скорости реакции, ее физический смысл. Классификация химических реакций. Кинетические уравнения реакций первого и второго порядка. Полупериод реакции.


Влияние температуры на скорость химической реакции. Правило Вант-Гоффа. Теория активации молекул. Активные молекулы. Методы активации. Энергия активации. Уравнение Аррениуса, его использование для определения константы скорости и энергии активации. Цепные реакции, их особенности. Работы Н.Н.Семенова и его школы. Механизм цепной реакции. Фотохимические и радиационно-химические процессы. Процессы, протекающие со взрывом. Определение оптимальных условий ведения химико-технологических процессов.


Методы определения порядка реакции.


Поверхностные явления и адсорбция. Особенности адсорбции на поверхности твердого тела, ее зависимость от различных факторов. Изотерма адсорбции Ленгмюра. Уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра.


Катализ. Изменение величины энергии активации химической реакции. Особенности каталитических реакций. Гомогенные каталитические процессы. Теория промежуточных соединений Оствальда. Автокатализ. Гетерогенный катализ. Применение каталитических процессов в химической технологии.


Практическая работа № 8


Вычисление константы скорости химической реакции, температурного коэффициента, энергии активации.


Методические указания к теме 1.7



После изучения данной темы нужно знать, что скорость химической реакции – изменение количеств реагирующих веществ в единицу времени по реакционному объему аппарата и для ее увеличения необходимо:


1. Повысить температуру в зоне реакции, причем повышение ее на каждые 10 °С увеличивает скорость реакции в 2-4 раза.


2. Повысить давление в системе, если реагирующие вещества находятся в газообразном состоянии (закон действия масс).


3. Повысить концентрацию реагирующих веществ.


4. Ввести катализатор.


Под катализатором следует понимать вещество, ускоряющее химическую реакцию за счет проведения ее по пути с наименьшей энергией активации, т.е. по энергетически наиболее выгодному пути. Необходимо знать классификацию химических реакций по молекулярности и порядку, кинетические уравнения реакций I и II порядка.


Важно усвоить особенности каталитических процессов, знать теории гомо- и гетерогенного катализа, понимать механизм цепных реакций; поскольку в многотоннажной химической промышленности преобладающее большинство процессов происходит на катализаторе, нужно знать три стадии протекания каталитического процесса на твердом катализаторе и способы управления процессом в зависимости от лимитирующей стадии.


Нужно уметь показать, как в химической технологии применяются все более активные и экономичные катализаторы. Материал этих тем будет особенно необходим при изучении спецтехнологии.


Примерные решения задач к теме 1.7




Так как скорость и константа скорости реакции прямо пропорциональны, то скорость реакции при введении катализатора возрастает в 2089 раз.



Вопросы для самоконтроля:


1. Дайте определение понятия «скорость химической реакции».


2. Перечислите факторы, влияющие на скорость химической реакции.


3. Сформулируйте закон действия масс.


4. Раскройте физический смысл константы скорости реакции.


5. Приведите классификацию химических реакций.


6. Дайте понятие определения «полупериод реакции».


7. Сформулируйте правило Вант-Гоффа.


8. Объясните сущность теории активации молекул.


9. Дайте определение понятия «энергия активации».


10. Приведите уравнение Аррениуса и объясните, для чего оно используется?


11. Изложите особенности и механизм цепной реакции.


12. Охарактеризуйте фотохимические и радиационно-химические процессы и оптимальные условия ведения химико-технологических процессов.


13. Опишите методы определения порядка реакции.


14. Проанализируйте поверхностные явления и процесс адсорбции.


15. Изложите особенности адсорбции на поверхности твердого тела и объясните ее зависимость от различных факторов.


16. Объясните изотерму адсорбции Ленгмюра и уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра.


17. Раскройте суть катализа и автокатализа.


18. Опишите особенности каталитических реакций.


19. Объясните суть теории промежуточных соединений Оствальда.


20. Объясните механизм гомогенного и гетерогенного катализа.


21. Объясните применение каталитических процессов в химической технологии.


Раздел 2. Основы коллоидной химии



Коллоидная химия – физическая химия дисперсных систем. Роль дисперсных систем в природе и технике.


Классификация дисперсных систем. Получение и очистка дисперсных систем.


Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем: броуновское движение; диффузия; осмотическое давление; агрегативная, седиментационная устойчивостью


Оптические свойства дисперсных систем: эффект Тиндаля-Фарадея, опалесценция, окраска.


Теория строения коллоидных частиц. Термодинамический и электрокинетический потенциалы. Изоэлектрическое состояние.


Электрокинетические явления в золях. Электрофорез. Электросмос.


Коагуляция. Коагулирующее действие различных факторов (изменение температуры и концентрации электролитов). Правило Шульце-Гарди. Порог коагуляции. Пептизация.


Микрогетерогенные системы. Эмульсии, их классификация, свойства, получение, значение. Эмульгаторы.


Суспензии, их получение, свойства, значение.


Пены, их получение, свойства, применение. Пенообразователи и пеногасители.


Аэрозоли, их классификация, свойства, применение. Взрывоопасность пыли. Разрушение аэрозолей.


Порошки, их свойства.


Практическая работа № 9


Составление формул мицелл гидрофильных золей. Вычисление величины электрокинетического потенциала коллоидных мицелл.


Практическая работа № 10


Вычисление величины удельной адсорбции. Определение коагулирующей способности и порога коагуляции электролитов.


Лабораторная работа №2



Получение золей и изучение их свойств.


Проведение коагуляции золей электролитами.


Изучение процессов получения и разрушения, обращения фаз эмульсий.


Методические указания к разделу 2



Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Диффузия, броуновское движение. Оптические свойства коллоидных систем, эффект Фарадея-Тиндаля. Факторы, от которых зависит интенсивность рассеянного света. Сравнение оптических и молекулярно-кинетических свойств коллоидных систем с истинными растворами. Понятие о нефелометрическом методе анализа. Современные методы анализа коллоидных систем с помощью электронного микроскопа. Электрические свойства коллоидных систем. Термодинамический и электрокинетический потенциал.


Электрофорез и электросмос. Практическое использование этих явлений. Строение двойного электрического слоя.


Строение коллоидной частицы. Коагуляция. Коагулирующее действие различных факторов (повышение температуры, действие растворов электролитов, взаимная коагуляция). Процесс пептизации. Основные факторы устойчивости коллоидных систем. Понятие о кинетической и агрегатной устойчивости.


Коллоидная химия изучает свойства высокодисперсионных систем. Обратите внимание на способы получения и очистки коллоидных растворов, молекулярно-кинетические, оптические и электрокинетические свойства. Важно усвоить строение и уметь составить формулу мицеллы золя, определить знак гранулы, заряд коагулирующего иона.


Примерные решения задач к разделу 2



Пример 1. Для получения золя хлорида серебра смешали 15 см3
0,025 н. КСl с 85 см3
0,005 н. AgNО3
. Написать формулу мицеллы полученного золя.


Решение. Определяем, какой из растворов взят в избытке:


число мг-экв КСl 15 · 0,025 = 0,375 мг-экв,


число мг-экв AgNО3
85·0,005 = 0,425 мг-экв


В растворе имеется избыток AgNО3
. Ядром коллоидных частиц золя AgСl будут адсорбироваться преимущественно ионы Ag+
и частично ионы NО3
-
. Формула мицеллы золя хлорида серебра будет


[(mAgCl) n Ag+
(n – х) NО3
-
]х+
· NО3
-



Пример 2. В три колбы налито по 100 см3
золя Fе(ОН)3
. Чтобы вызвать явную коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 10,5 см3
1 н. КСl, во вторую – 62,5 см3
0,01 н. Nа2
SО4
, в третью – 37,0 см3
0,001 н. Nа3
РО4
. Вычислить пороги коагуляции и определить знак заряда частиц золя.


Решение: Определяем, сколько мг-экв КСl содержится в 10,5 см3
1 н.


10,5·1 = 10,5 мг-экв КСl


Общий объем раствора (золь + раствор электролита)


100 + 10,5 = 110,5 см3


Вычисляем порог коагуляции (мг-экв на 1 л золя) для КСl


с
КСl
= (10,5/110,5)·100 = 95 мг-экв/л.


Аналогично рассчитываем пороги коагуляции для Nа2
SО4
и Nа3
РО4



62,5 х 0,01 = 0,625 мг-экв Nа2
SО4,



с
Nа2SО4
= (0,625/162,5)1000 = 3,8 мг-экв/л,


37,0 х 0,001 = 0,037 мг-экв Nа3
РО4,



с
Nа3РО4
= (0,037/137)х1000 = 0,27 мг-экв/л.


Электролиты КСl, Nа2
SО4
и Nа3
РО4
содержат катионы одинакового заряда, а заряд их анионов различен. Чем заряд аниона больше, тем порог коагуляции становится меньше. Самый наименьший порог коагуляции и, следовтаельно, наивысшая коагулирующая способность у ионов РО4
3-
. На основании полученных данных можно сделать вывод, что частицы золя Fе(ОН)3
заряжены положительно.


Пример 3. Электрокинетический потенциал частиц гидрозоля 50 мВ. Приложенная внешняя э.д.с. 240 В, а расстояние между электродами 40 см. вычислить электрофоретическую скорость частиц золя, если форма их цилиндрическая. Вязкость воды 0,001 Пахс, а диэлектрическая проницаемость среды 81.


Решение. Из формулы (VIII.2) u = zeН/4ph. По формуле (VIII.3) Н = Е/l = 240/0,4 = 600 В/м,


u = = 2,15х10-5
м/с


(1/9х109
– коэффициент, выражающий диэлектрическую проницаемость e в единицах системы СИ, Ф/м.).


Вопросы для самоконтроля:



1. Раскройте сущность коллоидной химии.


2. Поясните роль дисперсных систем в природе и технике.


3. Изложите классификацию дисперсных систем и опишите их получение и очистку.


4. Охарактеризуйте молекулярно-кинетические и оптические свойства дисперсных систем.


5. Раскройте сущность теории строения коллоидных частиц.


6. Охарактеризуйте термодинамический и электрокинетический потенциалы, изоэлектрическое состояние, электрокинетические явления в золях.


7. Опишите процесс коагуляции и объясните коагулирующее действие различных факторов.


8. Сформулируйте правило Шульце-Гарди.


9. Объясните сущность понятий: порог коагуляции и пептизация.


10. Изложите особенности микрогетерогенных систем.


11. Опишите эмульсии, суспензии, пены, аэрозоли, порошки, их классификацию, получение, свойства, применение.



Раздел 3. Высокомолекулярные соединения, их растворы


Состав, получение, классификация полимеров. Первичная структура, гибкость и эластичность цепей макромолекул. Фазовые и агрегатные состояния полимеров. Механические свойства полимеров: упругость, деформация, вязкость. Прочность, пластичность.


Смачивание полимеров. Взаимодействие полимеров с растворителями. Набухание, растворение полимеров.


Растворы высокомолекулярных соединений. Их классификация. Свойства разбавленных растворов: термодинамическая устойчивость, осмотическое давление, светорассеяние, вязкость.


Применение полимеров.


Методические указания к разделу 3


Наша жизнь немыслима без широкого использования всевозможных полимерных материалов, в связи с чем интенсивно развивается и расширяется их производство. Поэтому, очень важно обратить внимание на состав, процесс получения, структуру полимеров, гибкость и эластичность цепей макромолекул, фазовые и агрегатные состояния, механические свойства.


Важно усвоить сущность процессов смачивания, набухания и растворения полимеров; знать характеристику растворов высокомолекулярных соединений и свойства разбавленных растворов.


Вопросы для самоконтроля:



1. Изложите состав и классификацию полимеров.


2. Опишите процесс получения полимеров.


3. Охарактеризуйте первичную структуру, гибкость и эластичность цепей макромолекул.


4. Охарактеризуйте фазовые и агрегатные состояния полимеров.


5. Опишите механические свойства полимеров.


6. Объясните сущность процессов смачивания полимеров, взаимодействия полимеров с растворителями, набухания и растворения.


7. Опишите растворы высокомолекулярных соединений и свойства разбавленных растворов.


8. Назовите области применения полимеров.


Контрольная работа


(Таблица вариантов)
































































































































































































































































































































































































































































































































































































№ вар.

№ КР

Номера заданий, относящихся к данному варианту

01


1

1

31

61

91

121

151

181

2

211

241

271

301

331

02


1

2

32

62

92

122

152

182

2

212

242

272

302

332

03


1

3

33

63

93

123

153

183

2

213

243

273

303

333

04


1

4

34

64

94

124

154

184

2

214

244

274

304

334

05


1

5

35

65

95

125

155

185

2

215

245

275

305

335

06


1

6

36

66

96

126

156

186

2

216

246

276

306

336

07


1

7

37

67

97

127

157

187

2

217

247

277

307

337

08


1

8

38

68

98

128

158

188

2

218

248

278

308

338

09


1

9

39

69

99

129

159

189

2

219

249

279

309

339

10


1

10

40

70

100

130

160

190

2

220

250

280

310

340

11


1

11

41

71

101

131

161

191

2

221

251

281

311

341

12


1

12

42

72

102

132

162

192

2

222

252

282

312

342

13


1

13

43

73

103

133

163

193

2

223

253

283

313

343

14


1

14

44

74

104

134

164

194

2

224

254

284

314

344

15


1

15

45

75

105

135

165

195

2

225

255

285

315

345

16


1

16

46

76

106

136

166

196

2

226

256

286

316

346

17


1

17

47

77

107

137

167

197

2

227

257

287

317

347

18


1

18

48

78

108

138

168

198

2

228

258

288

n:center;">318

348

19


1

19

49

79

109

139

169

199

2

229

259

289

319

349

20


1

20

50

80

110

140

170

200

2

230

260

290

320

350

21


1

21

51

81

111

141

171

201

2

231

261

291

321

351

22


1

22

52

82

112

142

172

202

2

232

262

292

322

352

23


1

23

53

83

113

143

173

203

2

233

263

293

323

353

24


1

24

54

84

114

144

174

204

2

234

264

294

324

354

25


1

25

55

85

115

145

175

205

2

235

265

295

325

355

26


1

26

56

86

116

146

176

206

2

236

266

296

326

356

27


1

27

57

87

117

147

177

207

2

237

267

297

327

357

28


1

28

58

88

118

148

178

208

2

238

268

298

328

358

29


1

29

59

89

119

149

179

209

2

239

269

299

329

359

30


1

30

60

90

120

150

180

210

2

240

270

300

330

360

Контрольные вопросы и задания


1. Сравните агрегатные состояния вещества с точки зрения кинетической энергии.


2. Охарактеризуйте плазменное состояние вещества.


3. Охарактеризуйте газ, как рабочее тело и параметры состояния газа. Дайте понятие о модели идеального газа. Запишите уравнение Клапейрона-Менделеева. Укажите физический смысл универсальной газовой постоянной.


4. Сформулируйте газовые законы и изобразите их математически и графически.


5. Назовите причины отклонения в поведении реальных газов от законов идеальных газов. Запишите уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса.


6. Изобразите изотермы реального газа. Охарактеризуйте критические параметры и критическое состояние вещества.


7. Сформулируйте закон Дальтона и приведите следствия, вытекающие из него.


8. Дайте общую характеристику жидкому состоянию вещества. Приведите современные представления о структуре жидкости.


9. Охарактеризуйте поверхностное натяжение жидкостей и укажите, какое оно имеет значение для различных технологических процессов. Объясните, как поверхностное натяжение зависит от температуры.


10. дайте определение понятия «вязкость». Охарактеризуйте виды вязкости. Укажите, какое значение имеет вязкость для различных технологических процессов.


11. Охарактеризуйте процесс испарения и кипения жидкости. Дайте определения температуры кипения и теплоты испарения. Сформулируйте правило Трутона.


12. Опишите внешние и структурные особенности кристаллических и аморфных тел и укажите причины различия между этими телами.


13. Охарактеризуйте основные типы кристаллических решеток. Приведите примеры веществ с данным типом кристаллической решетки.


14. Дайте определения основным термодинамическим понятиям: термодинамическая система, виды систем, термодинамические свойства, термодинамический процесс и его виды, функция состояния.


15. Сформулируйте закон сохранения энергии и раскройте сущность первого закона термодинамики.


16. Дайте определение понятия «теплоемкость». Охарактеризуйте удельную, молярную и объемную теплоемкости и покажите взаимосвязь между ними.


17. Охарактеризуйте изохорную и изобарную теплоемкость и покажите взаимосвязь между ними. Объясните, каким образом теплоемкость зависит от температуры и давления. Приведите эмпирические уравнения зависимости теплоемкости газов от температуры.


18. Объясните, как рассчитать среднюю и истинную теплоемкость, а также теплоемкость газовой смеси.


19. Опишите работу расширения газа при изобарическом и изохорическом процессах. Дайте определения понятия «энтальпия».


20. Опишите работу расширения газа при изотермическом и адиабатическом процессах.


21. Дайте определение следующим понятиям: тепловой эффект реакции, стандартный тепловой эффект реакции. Охарактеризуйте факторы, влияющие на тепловой эффект реакции.


22. Сформулируйте закон Гесса и приведите следствия, вытекающие из него.


23. Выведите уравнение Кирхгофа, отражающее зависимость теплового эффекта реакции от температуры.


24. Дайте определения следующим понятиям: стандартная энтальпия образования вещества, теплота горения, теплота растворения, теплота нейтрализации, теплота изменения агрегатного состояния вещества. Объясните, почему при нейтрализации достаточно разбавленных водных растворов сильных кислот (оснований) сильными основаниями (кислотами), независимо от их природы наблюдается один и тот же тепловой эффект.


25. Дайте определения следующим понятиям: термодинамически обратимые и необратимые процессы. Приведите формулировки второго закона термодинамики.


26. Приведите статистическое толкование энтропии.


27. Охарактеризуйте энергию Гиббса и на основании ее значений направление химических процессов.


28. Охарактеризуйте влажный и сухой насыщенный пар, перегретый пар.


29. Опишите термодинамику влажного газа.


30. Дайте определение следующим понятиям: обратимые и необратимые процессы. Опишите состояния химического равновесия. Установите связь между Кр
и Кс
.


31. Раскройте сущность химического сродства. Объясните, что является мерой реакционной способности химической системы?


32. Приведите уравнение изотермы реакции и объясните, каким образом на основании него можно определять направление самопроизвольного течения химических процессов.


33. Объясните, каким образом влияет температура на положение равновесия. Выведите уравнение изобары и изохоры реакции.


34. Объясните, как влияет давление на положение равновесия.


35. Сформулируйте принцип Ле-Шателье и раскройте его сущность.


36. Охарактеризуйте основные понятия термодинамики фазового равновесия.


37. Раскройте сущность правила фаз Гиббса.


38. Раскройте сущность уравнения Клаузиуса-Клапейрона.


39. Охарактеризуйте фазовую диаграмму воды.


40. Охарактеризуйте фазовую диаграмму двухкомпонентной системы на примере произвольного сплава.


41. Объясните сущность процесса растворения и опишите факторы, влияющие на него.


42. Раскройте сущность гидратной теории растворов Д.И.Менделеева.


43. Охарактеризуйте растворы электролитов.


44. Объясните сущность осмотического давления в растворах электролитов и неэлектролитов.


45. Охарактеризуйте значение изотонического коэффициента и покажите его связь со степенью диссоциации.


46. Охарактеризуйте давление пара над разбавленными растворами и сформулируйте первый закон Рауля.


47. Охарактеризуйте температуру замерзания и кипения растворов и сформулируйте второй закон Рауля. Охарактеризуйте кристаллическую и эбуллиоскопическую постоянную.


48. Раскройте сущность эбуллиоскопического и криоскопического определения молярной массы.


49. Раскройте сущность первого закона Коновалова.


50. Охарактеризуйте процессы перегонки.


51. Охарактеризуйте процессы ректификации.


52. Раскройте сущность второго закона Коновалова. Дайте характеристику азеотропным смесям.


53. Охарактеризуйте растворимость газов в жидкостях и сформулируйте закон Генри.


54. Объясните сущность закона Генри-Дальтона.


55. Раскройте сущность закона распределения.


56. Охарактеризуйте процесс экстракции и рассмотрите применение закона распределения для расчета материального баланса процесса экстракции.


57. Опишите способы выражения концентрации растворов.


58. Охарактеризуйте двухкомпонентную водно-солевую систему.


59. Объясните, по какому признаку электролиты классифицируют на сильные, средней силы и слабые. Приведите примеры электролитов по каждому признаку.


60. Приведите примеры физических смесей и растворов. Объясните, чем они отличаются?


61. Вычислите объем дымовых газов при нормальном давлении, если их объем при давлении 9,888·104
Па и постоянной температуре равен 10 м3
. ­


62. Объем азота под давлением 2,25·105
Па равен 125 л. Под каким давлением объем станет 10 м3
? Температура газа постоянна.


63. В стальном баллоне емкостью 12 л находится кислород под давлением 1,418·107
Па и при 0 °С. Какой объем (м3
) займет это количество кислорода при н.у.?


64. При н.у. плотность ацетилена 1,16 кг/м3
. Определить плотность этого же газа под давлением 1,216·106
Па и 0 °С.


65. Под каким давлением находится кислород, если плотность его при 0 °С равна 6,242 кг/м3
? Плотность кислорода при н.у. 1,429 кг/м3
.


66. Масса 1 м3
воздуха при н.у. 1,293 кг. Какова масса этого же объема воздуха при 435 Па и 0 °С.


67. Масса 1 м3
сухого доменного газа при н.у. 1,24 кг. Какова масса этого же объема газа при 0 °С и 1,566·105
Па.


68. Под давлением 101325 Па и при 0 °С концентрация метана 0,04472 кмоль/м3
. Под каким давлением масса 4 м3
метана при 0 °С составит 32 кг?


69. Во сколько раз увеличится объем газа при постоянном давлении, если повысить температуру от 0 до 280 °С?


70. Воздух в регенераторе мартеновской печи нагревается от 20 до 1000 °С при постоянном давлении. Определите, во сколько при этом увеличится объем воздуха?


71. При 27 °С объем газа 16 м3
. До какой температуры нужно нагреть газ при постоянном давлении, чтобы объем его увеличился до 20 м3
?


72. Сжатый воздух в баллоне имеет температуру 15 °С. Во время пожара температура воздуха в баллоне поднялась до 450 °С. Взорвется ли баллон, если при этой температуре он может выдержать давление не более 9,8·106
Па? Начальное давление 4,8·106
Па.


73. При 17 °С давление газа в закрытом сосуде 95940 Па. На сколько понизится давление, если охладить газ до -50 °С?


74. Давление кислорода в баллоне при 15 °С равно 1,255·107
Па. На сколько понизится давление газа, если охладить баллон до -33°С?


75. При 17 °С давление газа в баллоне составляло 1,255·107
Па. На сколько понизилась температура газа, если установившееся давление стало на 35 % ниже первоначального?


76. Плотность газообразного хлора при н.у. 3,124 кг/м3
. Вычислите плотность хлора, принимая его за идеальный газ, при 37 °С и том же давлении.


77. При давлении 2,026·105
Па и 0 °С концентрация азота 0,08944 кмоль/м3
. Вычислите, при какой температуре и том же давлении масса 3 м3
азота будет равна 8,4 кг.


78. При некотором давлении концентрация кислорода равна 0,1 кмоль/м3
. Вычислите, какая при этом была температура, если при 0 °С и том же давлении концентрация кислорода составляла 0,471 кмоль/м3
.


79. При н.у. объем газа равен 82 м3
. Какой объем займет это же количество газа при -15 °С и 99280 Па?


80. В газовый холодильник коксовый газ поступает при 80 °С и 100600 Па, а выходит при 35 °С и 92280 Па. Во сколько раз изменится объем этого газа?


81. При 20 °С и 98600 Па объем водорода равен 2,5 м3
. Рассчитайте объем этого газа при н.у. Определите плотность водорода при заданных температуре и давлении.


82. Определите, во сколько раз увеличится объем оболочки стратостата при подъеме, если температура при старте была -10 °С, давление 1,02·105
Па; на высоте 22 км температура стала -55 °С, а давление 5332 Па?


83. До какой температуры нужно нагреть диоксид углерода, чтобы при 2,253·105
Па он занял объем 137 м3
, если при 15 °С и 100600 Па его объем равен 290 м3
?


84. При 17 °С и 104000 Па масса 624 см3
газа составляет 1,560 г. Определите молекулярную массу газа (кг).


85. При 39 °С и 98740 Па масс 640 см3
газа равна 1,73 г. Вычислите молекулярную массу (кг) газа и его плотность при 20 °С.


86. Вычислите молекулярную массу (кг) газа и его плотность при 40 °С, если 24 г его при 0 °С и 2,026·105
Па занимают объем 5,6 л.


87. Вычислите давление, которое создает 1 кмоль диоксида серы, находящегося в объеме 10 м3
при 100 °С, использовав для этого уравнения состояния идеального и реального газов. Сопоставьте полученные результаты и сделайте заключение о возможности применения в расчетах при заданных условиях уравнения Менделеева-Клапейрона.


88. Вычислите давление 1 моль диоксида серы при 100 °С, заключенного в сосуд вместимостью 1 л, использовав для этого уравнения Ван-дер-Ваальса и состояния идеального газа. Сравните оба результата.


89. Вычислите давление 1 моль сероводорода при 127 °С, находящегося в сосуде вместимостью 500 см3
, используя для этих целей уравнения Ван-дер-Ваальса и Менделеева-Клапейрона. Сопоставьте полученные результаты.


90. По уравнению Ван-дер-Ваальса вычислите температуру, при которой объем 1 кмоль сероводорода под давлением 6,66·106
Па станет равным 500 л.


91. Определите объем 1 кмоль азота при 100 °С и 6,79·107
Па с учетом коэффициента сжимаемости газа при указанных условиях. Критические температуру и давление азота найдите по справочнику.


92. Определите плотность и массу диоксида углерода (кг), содержщегося в сосуде вместимостью 1 л под давлением 2,216·108
Па и 300 °С с учетом коэффициента сжимаемости газа. Критические параметры СО2
найдите по справочнику.


93. В баллоне вместимостью 20 л при 18 °С находится смесь из 28 кг кислорода и 24 аммиака. Определите парциальные давления каждого из газов и общее давление смеси.


94. В сосуде вместимостью 5000 м3
при 47 °С содержится смесь из 10 кг азота, 1 кг аммиака и 2 кг водорода. Вычислите парциальные объемы и давления газов, образующих смесь, и общее давление газовой смеси.


95. Рассчитайте парциальные давления и парциальные объемы газов в газовой смеси, состоящей из 40 г этилена и 30 г метана и находящейся в сосуде вместимостью 100 л при 25 °С.


96. В сосуде вместимостью 3000 м3
при 67 °С содержится смесь из 5 кг СО2
, 3 кг СО и 1 кг О2
. Вычислите парциальные объемы газов и газовой смеси.


97. Газовая смесь приготовлена из 3 л метана при давлении 95940 Па, 4 л водорода при давлении 83950 Па и 1 л оксида углерода при давлении 108700 Па. Объем смеси равен 8 л. Определите парциальные давления, парциальные объемны отдельных газов смеси и общее давление смеси газов.


98. Смешивают 3 л азота, находящегося под давлением 95940 Па, с 2 л кислорода. Объем смеси 5 л, общее давление 104200 Па. Под каким давлением был введен кислород?


99. Сухой воздух имеет примерно состав (об.доли, %); N2
78,09; О2
20,95; Аr 0,93; СО2
0,03. Каковы парциальные давления газов, входящих в состав воздуха, при нормальном атмосферном давлении?


100. Смесь, содержащая азот и 0,854 моль водорода, при давлении 3,55·105
Па и 20 °С занимает объем 25 л. Определите число молей и массу азота.


101. Сухой коксовый газ после улавливания из него химических продуктов имеет состав (об.доли, %): Н2
56,7; СО 6,0; СО2
3; О2
0,8; СН4
26,0; N2
5,0; С2
Н4
2,5. Вычислите массу 1 м3
коксового газа при 82 °С и 100500 Па. Каков состав коксового газа в массовых долях (%)?


102. Азотоводородная смесь для синтеза аммиака имеет состав (об.доли, %): Н2
75,0 и N2
25,0. Вычислите массу 1 м3
азотоводородной смеси при 27 °С и 2,4·107
Па. Выразить состав этой смеси в кмоль/м3
при заданных условиях.


103. Подсчитайте плотность азотокислородной смеси при н.у., если она содержит 55 % N2
и 45 % О2
.


104. В конденсатор из дефлегматора за 1 ч поступает в виде паров (кг): бензола 821, толуола 236, ксилола 45, сольвентов (триметилбензола) 23, поглотительного масла 125, водяных паров 650. Выразите состав поступающих паров в объемных долях (%) и определимте парциальные давления паров каждого из веществ, если общее давление 101325 Па. Молекулярная масса поглотительного масла 170.


105. Средняя массовая теплоемкость паров бензола в пределах температур 85-115 °С (при нормальном атмосферном давлении) равна 1,257 кДж/(кг·К). Вычислите средние молярные теплоемкости бензола при постоянных давлении и объеме и их соотношение р
/v
.


106. Температурная зависимость истинной молярной теплоемкости воздуха выражается уравнением


Ср
= 27,2 + 0,0042Т


Вычислите: а) истинную молярную и массовую теплоемкость воздуха при постоянных давлении и объеме при 400 °С, если соотношение р
/v
для воздуха равно 1,4 ; б) среднюю теплоемкость в интервале температур 200-500 °С. Приведенная молекулярная масса воздуха (с учетом аргона) 28,96.


107. Температурная зависимость истинной молярной теплоемкости гематита Fе2
О3
выражается уравнением


Ср
= 103,58 + 67,21·10-3
Т – 17,74·105
Т-2


Определите количество теплоты (кДж), необходимое для нагревания 1 кг гематита от 16 до 1538 °С.


108. Зависимость молярной теплоемкости паров ацетона от температуры выражается уравнением


Ср
= 31,59 + 154,94·10-3
Т – 30,38·10-6
Т2



Вычислите расход теплоты (Дж) на нагревание 116,2 г ацетона от 298 до 500 К.


109. Вычислите количество выделившейся теплоты при изобарном охлаждении 100 кг формальдегида от 500 до 200 °С, если температурная зависимость молярной теплоемкости [кДж/(кмоль·К)] выражается уравнением


Ср
= 20,94 + 0,0586Т – 0,0156·10-3
Т2



110. Какое количество теплоты потребуется для нагревания 10 кг паров изопрена от 127 до 227 °С при нормальном давлении, если температурная зависимость истинной молярной теплоемкости [кДж/(кмоль·К)] выражается формулой


Ср
= 3,98 + 0,337Т – 0,1243·10-3
Т2


111. Какое количество теплоты выделится при изобарном охлаждении (при нормальном давлении) 5 м3
водяных паров от 500 до 200 °С, если температурная зависимость истинной объемной теплоемкости [кДж/(кмоль·К)] выражается формулой


с´ = 1,55 + 4,64·10-5
t + 2,55·10-7
t2


112. Какое количество теплоты потребуется для нагревания 50 кг этилена от 200 до 500 °С при нормальном давлении? Средние молярные теплоемкости этилена, [кДж/(кмоль·К)]: 200
= 48,6; 500
= 62,5.


113. Вычислите среднюю молярную теплоемкость аммиака в интервале от 100 до 200 °С, если


С= 29,8 + 25,48·10-3
Т – 1,67·105
Т-2


114. Зависимость молярной теплоемкости ацетилена от температуры выражается формулой


Ср
= 23,46 + 85,77·10-3
Т – 58,34·10-6
Т2


Вычислите среднюю массовую теплоемкость (р
) ацетилена в интервале температур от 400 до 500 К.


115. Вычислите истинную молярную теплоемкость бензола при 30 °С, если


р
= 86,74 + 0,1089t


116. Вычислите истинные молярную, объемную и массовую теплоемкости этилена при 37 °С, если


р
= 46,06 + 0,03268t


117. Определите средние молярную, массовую и объемную теплоемкости оксида углерода при постоянном объеме от 0 до 500 °С, если в интервале температур от 0 до 1500 °С


= 29,08 + 0,002818t


118. Определите среднюю объемную теплоемкость сухого коксового газа при 100 °С состава (об.доли, %): Н2
56,7; СО 6,0; СО2
3,0; О2
0,8; СН4
26,0; N2
5,0; С2
Н4
2,5. Объемные теплоемкости [кДж/(см3
·К)] компонентов коксового газа при 100 °С соответственно равны 1,299; 1,286; 1,751; 1,920; 1,630; 1,282; 2,200.


119. Найдите разность между р
и v
при 25 °С для следующих реакций:


N2
+ 3Н2
D 2NН3
; 2SО2
+ О2
D 2SО3
(г)


2С (гр) + О2
= 2СО; NН4
Сl (тв) D NН3
+ НСl


120. Определите разность между р
и v
при 500 °С для реакций :


СО2
+ Сгр
= 2СО; 3С2
Н2
(г) " С6
Н6
(г)


121. Тепловой эффект реакции ½N2
+ 3/2Н2
D NН3
при постоянном давлении р
= 46,26 кДж/моль при 25 °С. Определите v
для этой реакции при этой же температуре.


122. Тепловой эффект сгорания нафталина до диоксида углерода и воды (в жидком состоянии) при постоянном объеме и 18 °С равен 5162 кДж/моль. Определите тепловой эффект сгорания нафталина при постоянном давлении и той же температуре.


123. Вычислите теплоту образования бензола


6С + 3Н2
= С6
Н6
+


если теплоты сгорания водорода, углерода и бензола соответственно равны (кДж/моль) 285,0; 394,0; 3282,4 (воды образуется в жидком состоянии).


124. Определить теплоту образования нафталина


10С + 4Н2
= С10
Н8
+


при постоянном давлении и 18 °С, если


С10
Н8
+ 12О2
= 10СО2
+ 4Н2
О(ж) + 5162 кДж/моль


С + О2
= СО2
+ 394,0 кДж/моль


Н2
+ О2
= Н2
О(ж) +285 кДж/моль


Теплота сгорания нафталина дана при постоянном объеме и 18 °С; теплоты образования СО2
и воды – при постоянном давлении и той же температуре.


125. Вычислите тепловые эффекты следующих реакций:


С2
Н4
+ 2Н2
О(ж) = 2СО = 4Н2
+ 1


Fе3
О4
+ Н2
= 3FеО + Н2
О(ж) + 2



используя величины Δi веществ при стандартных условиях.


126. Рассчитайте интегральную теплоту растворения безводного сульфата меди при 20 °С, если интегральная теплота растворения кристаллогидрата CuSО4
·5Н2
О при данной температуре равна – 11,94 кДж/моль, а теплота гидратации безводной соли CuSО4
при переходе ее в кристаллогидрат 78,50 кДж/моль.


127. Какое количество теплоты выделится при растворении 200 г 38%-ной соляной кислоты в 400 см3
воды?


128. Вычислить по формуле Д.П.Коновалова теплоту сгорания жидкого этилового спирта и сравнить с табличным значением = 1366,91 кДж/моль. Теплота испарения спирта 41,68 кДж/моль.


129. Вычислите по формуле Д.П.Коновалова теплоту сгорания н-бутана (С4
Н10
) для данной реакции при 18 °С. Полученный результат сравните с табличным значением указанной температуры = 2884 кДж/моль.


130. Вычислите изменение энтропии ΔS0
при стандартных условиях для уравнений реакций:


2Н2
S + SО2
= 2Н2
О(ж) + 3S; Zn + Н2
SО4
= ZnSО4
+ Н2



СН4
+ 2О2
= СО2
+ 2Н2
О (пар)


131. Определите изменение изобарно-изотермического потенциала для уравнения реакции


N2
+ 2Н2
О(ж) = NН4
NО2
+ ΔG0



и дать заключение о возможности ее протекания при стандартных условиях, если


ΔG = - 237,5 кДж/моль и ΔG= + 115,94 кДж/моль


132. Вычислите изобарно-изотермический потенциал ΔG0
реакций и дайте заключение о возможности их протекания при стандартных условиях:


3С2
Н2
= С6
Н6
+ ΔG


СО2
+ 2NН3
= NН2
– СО - NН2
+ Н2
О(ж) + ΔG


СН3
– СН2
– СН2
ОН = СН3
– СН = СН2
+ Н2
О(ж) + ΔG


133. Вычислите стандартное изменение изобарного потенциала для реакции горения ацетона:


СН3
– СО – СН3
(г) + 4О2
= 3СО2
+ 3Н2
О(ж) + ΔG0



Необходимые величины Δi0
и S0
реагирующих веществ взяты из справочника.


134. При смещении уксусной кислоты и спирта протекает реакция по уравнению


СН3
СООН + С2
Н5
ОН D СН3
СООС2
Н5
+ Н2
О


Определите константу равновесия данной реакции и исходные концентрации кислоты и спирта, если в момент равновесия в реакционной смеси содержится по 1/3 моль кислоты и спирта и по 2/3 моль эфира и воды.


135. При состоянии равновесия системы N2
+ 3Н2
D 2NН3
концентрация азота 0,3 моль/л; водорода 0,9 моль/л; аммиака 0,4 моль/л. Вычислите константу равновесия реакции и исходные концентрации азота и водорода.


136. При нагревании водорода и йода в закрытом сосуде до 444 °С протекает реакция Н2
+ I2
D 2НI. Равновесная смесь при этой температуре состоит из 9,48 моль НI, 0,56 моль I2
и 3,2 моль водорода. Вычислите константу равновесия данной реакции при 444 °С и определите исходные концентрации водорода и йода.


137. В сосуде при 386 °С протекает реакция по уравнению


4НСl + О2
D 2Н2
О(пар) + 2Сl2



При смешении 1 кмоль НСl с 0,48 кмоль О2
образовалось 0,402 кмоль хлора. Давление в системе 101325 Па. Вычислите Кр
реакции при указанной температуре.


138. Константа равновесия Кс
реакции SО2
+ Сl2
D SО2
Сl2
при 102 °С равна 13,33. Определите значение Кр
при данной температуре.


139. Для реакции SО2
+ ½ О2
= SО3(г)
константа равновесия Кр
при 900 К равна 2,058х10-2
. Вычислите Кс
для данной реакции при указанной температуре.


140. Выразите соотношение между Кр
и Кс
для следующих реакций:


2СО + 2Н2
D СН4
+ СО2


N2
+ О2
D 2NО


141. Выразите соотношение между Кр
и Кс
для следующих реакций:


2СО2
D 2СО + О2


СН4
+ 2Н2
О(пар) D СО2
+ 4Н2



142. Определите константу равновесия Кс и состав смеси в момент равновесия для реакции


3Fе + 4Н2
О(пар) D Fе3
О4
+ 4Н2



Если при 900 К парциальное давление водорода равно 9571 Па, а паров воды 6571,7 Па.


143. Определите состав смеси к моменту равновесия для реакции


СО + Н2
О(пар) D СО2
+ Н2


если при 800 °С константа равновесия примерно равна 12 и до реакции в смеси было 1 моль СО и 5 моль парообразной воды.


144. Определите состав смеси к моменту равновесия для реакции СО + Н2
О(пар) D СО2
+ Н2
, если при 800 °С константа равновесия Кс » 1 и до реакции в сосуде были смешаны: 3 моль СО и 4 моль Н2
О. Как влияют количества исходных веществ на сдвиг равновесия?


145. Определите состав смеси к моменту равновесия для реакции СО + Н2
О(пар) D СО2
+ Н2
, если при 800 °С константа равновесия Кс » 1 и до реакции в сосуде были смешаны: 6 моль СО и 4 моль Н2
О. Как влияют количества исходных веществ на сдвиг равновесия?


146. Определите состав смеси к моменту равновесия для реакции СО + Н2
О(пар) D СО2
+ Н2
, если при 800 °С константа равновесия Кс » 1 и до реакции в сосуде были смешаны: 10 моль СО и 4 моль Н2
О. Как влияют количества исходных веществ на сдвиг равновесия?


147. Определите состав смеси к моменту равновесия для реакции СО + Н2
О(пар) D СО2
+ Н2
, если при 800 °С константа равновесия Кс » 1 и до реакции в сосуде были смешаны: 20 моль СО и 4 моль Н2
О. Как влияют количества исходных веществ на сдвиг равновесия?


148. Константа равновесия реакции


СН3
СООН + С2
Н5
ОН D СН3
СООС2
Н5
+ Н2
О


при некоторой температуре равна 4. Каков будет состав равновесной смеси при этой температуре, если ввести в реакцию 1 моль эфира и 3 моль воды?


149. При 968 °С константа равновесия для реакции СО + Н2
О(пар) D D СО2
+ Н2
равна 1,60. Определите состав смеси при равновесии, если в исходной смеси содержалось (по объему 40 % СО и 60 % Н2
О (пар).


150. В какую сторону сместятся равновесия реакций


СО + 2Н2
D СН3
ОН + 113,13 кДж


N2
О4
D 2NО2
– 56,98 кДж


а) при понижении температуры; б) при понижении давления?


151. В какую сторону сместятся равновесия реакций


N2
+ 3Н2
D 2NН3
+ 92,18 кДж


N2
+ О2
D 2NО – 181,0 кДж


а) при понижении температуры; б) при понижении давления?


152. Изменением каких факторов можно осуществить сдвиг равновесия вправо у реакций:


2SО2
+ О2
D 2SО3
+ 176,8 кДж


СО2
+ С D 2СО – 160,5 кДж


153. В какую сторону сместятся равновесия реакций:


NН4
Сl(тв) D NН3
(г) + НСl(г) -


2CО + 2Н2
I СН4
+ СО2
+


а) при повышении температуры; б) при повышении давления? Как изменить концентрации веществ, чтобы добиться смещения равновесий приведенных реакций вправо?


154. В какую сторону сместятся равновесия реакций:


МgСО3
D МgО + СО2
-


Н2
+ l2
(г) D 2Нl – 51,8 кДж


а) при повышении температуры; б) при повышении давления? Как изменить концентрации веществ, чтобы добиться смещения равновесий приведенных реакций вправо?


155. При состоянии равновесия системы N2
+ 3Н2
D 2NН3
концентрации участвующих веществ были (моль/л): СN2
= 0,3; СН2
= 0,9; СNН3
= 0,4. Рассчитайте, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если увеличивать давление в 5 раз? В каком направлении будет смещаться равновесие?


156. Вычислите Кр
для реакции


СО + 2Н2
D СН3
ОН + 113,13 кДж


при 500 К если при 400 lg Кр400
= - 10,411.


157. Константа равновесия Кр
для реакции


SО2
+ ½ О2
D SО3
(г) + 94,27 кДж


при 1000 К равна 5,845х10-3
. Вычислите Кс для данной реакции при 975 К.


158. Упругость диссоциации карбоната магния МgСО3
D МgО + СО2
при 727 °С равна 42189 Па, а при 747 °С – 80313 Па. Определите температуру разложения карбоната магния.


159. Вычислите сродство железа к кислороду воздуха (рО2
= 20265 Па при 1000 К, если константа равновесия реакции 2Fе + О2
D 2FеО при этой температуре (К´р = 1/рО2
) равна 2,42х1015
.


160. Вычислите стандартное (нормальное) сродство никеля к кислороду при 450 °С, если упругость диссоциации оксида никеля (II) при заданной температуре равна 6,91х10-24
Па.


161. Определите изменение изобарно-изотермического термодинамического потенциала (Дж) для реакции


4НСl + О2
D 2Н2
О + 2Сl2



при 252 °С, если Кр
= 4,84х10-3
. Парциальные давления как начальных, так и конечных веществ равны 101325 Па.


162. Вычислите константу равновесия реакции


NО2
+ SО2
D SО3
(г)


при 25 °С и нормальном атмосферном давлении, используя табличные значения термодинамических функций при стандартных условиях.


163. Вычислите константу равновесия Кр
для реакции СО + Сl2
D СОСl2
при 25 °С и нормальном атмосферном давлении, воспользовавшись табличными значениями стандартных величин термодинамических функций. В каком направлении может протекать эта реакция при заданных условиях?


164. Определите число степеней свободы для следующих равновесных систем:


tº tº


СаСО3
D СаО + СО2
2FеО D 2Fе + О2



Как можно истолковать полученные результаты?


165. При растворении КNО3
и NаСl в воде и в расплаве возможна реакция


КNО3
+ NаСl D КСl + NаNО3



Определите число степеней свободы системы, если раствор КNО3
и NаСl находится в равновесии с водяными парами и кристаллами КNО3
. Сколько степеней свободы будет в расплаве солей КNО3
и NаСl, находящихся в равновесии с кристаллами КNО3
?


166. Вычислите молярность раствора поваренной соли, если масс. доля NаСl 0,005 (0,5 %). Плотность раствора 1.


167. Какова концентрация в масс. долях 6,038 н. раствора НСl, плотность которого 1,10 г/см3
?


168. Определите нормальность, молярность и моляльность раствора серной кислоты концентрации 0,91 (91 %) масс. долей Н2
SО4
. Плотность раствора 1,825 г/см3
.


169. Вычислите моляльность 10 н. Н2
SО4
. Плотность раствора 1,290 г/см3
.


170. В 50 см3
воды растворили 18 г глюкозы С6
Н12
О6
. Определите моляльность полученного раствора.


171. Вычислите молярные доли NаОН и воды в водном растворе NаОН концентрации 0,4 (40 %) масс. доли.


172. Определите молярные доли воды и спирта в растворе этилового спирта (С = 0,65 масс. доли С2
Н5
ОН).


173. Смешано 20 г бензола, 10 г этилового спирта и 50 г ацетона. Чему равны молярные доли указанных веществ в растворе?


174. При 22 °С осмотическое давление раствора тростникового сахара равно 7,3х104
Па. Каково будет осмотическое давление, если раствор разбавить в два раза, а температуру повысить на 25 °С?


175. Вычислите осмотическое давление раствора сахарозы при 0 °С, если при 20 °С осмотическое давление этого же раствора 1,066х105
Па.


176. Вычислите при 27 °С осмотическое давление раствора тростникового сахара С12
Н22
О11
, концентрация которого 0,025 (2,5 %) масс. доли. Плотность раствора принять равной единице.


177. Вычислите осмотическое давление 0,01 н. К2
SО4
при 18 . Кажущаяся степень диссоциации соли в растворе 87 %.


178. Вычислите молекулярную массу мочевины, если водный раствор, содержащий 0,3680 г мочевины в 200 см3
, при 20 °С имеет осмотическое давление 74630 Па.


179. Осмотическое давление раствора, содержащего 7,5 г сахара в 625 см3
раствора 8,307х104
Па при 12 °С. Определите молекулярную массу сахара.


180. Раствор, содержащий 9 г растворенного вещества (неэлектролита) в 250 см3
раствора, обладает осмотическим давлением 4,56х105
Па при 0 °С. Определите молекулярную массу растворенного вещества.


181. Осмотическое давление 1 моль бромида калия, растворенного в 8 л воды, равно 5,63х105
Па при 25 °С. Определите кажущуюся степень диссоциации бромида калия в растворе.


182. Раствор, содержащий 0,4359 моль/л тростникового сахара при 18 °С изотоничен с раствором хлорида натрия, концентрация которого 14,616 г/л. Определите кажущуюся степень диссоциации хлорида натрия в растворе.


183. Вычислите концентрацию водного раствора мочевины, если раствор при 27 °С изотоничен с 0,5 М раствором СаСl2
. Кажущаяся степень диссоциации в 0,5 М СаСl2
65,4 %.


184. Вычислите давление пара раствора 6,4 г нафталина С10
Н8
в 90 г бензола С6
Н6
при 20 . Давление пара бензола при данной температуре 9953,82 Па.


185. В 200 г раствора нафталина С10
Н8
в бензоле С6
Н6
содержится 60 г нафталина. Вычислите давление пара данного раствора при 40 °С. Давление пара бензола при указанной температуре 24144,6 Па.


186. Вычислите при 100 °С давление пара раствора хлорида натрия с концентрацией 0,01 масс. доли (1 %). Кажущуюся степень диссоциации соли в растворе принять равной единице.


187. Сколько граммов глицерина С3
Н8
О3
надо растворить в 90 г воды при 30 °С, чтобы понизить давление пара на 266,5 Па? Давление пара воды при 30 °С 4242,30 Па.


188. Вычислите молекулярную массу анилина в эфире, если при 30 °С давление пара раствора, содержащегося 6,28 г анилина в 740 г эфира (С2
Н5
)2
О, 85800 Па, а давление пара чистого эфира при той же температуре 86380 Па.


189. Давление пара эфира (С2
Н5
)2
О при 20 °С 58920 Па, а давление пара раствора, содержащего 12,4 г бензойной кислоты в 100 г эфира, 54790 Па при той же температуре. Вычислите молекулярную массу бензойной кислоты в эфире.


190. Давление пара раствора, содержащего 14,2 г сульфата натрия в 900 г воды, при 100 °С 100800 Па. Вычислите кажущуюся степень диссоциации соли в указанном растворе.


191. Определите атмосферное давление, если 0,1 н. ВаСl2
кипит при 99,6 °С? Кажущаяся степень диссоциации соли в данном растворе 75 %. Давление пара чистой воды при температуре 99,6 °С равно 99930 Па.


192. Определите атмосферное давление, если раствор 6,4 г нафталина С10
Н8
в 117 бензола С6
Н6
закипает при 80 °С. Давление пара чистого бензола при 80 °С 100500 Па.


193. Определите концентрацию сахара в растворе (масс.доли, %), если раствор закипает при 100,5 °С.


194. Какое количество глицерина нужно добавить к 1000 г воды, чтобы раствор не замерзал до -5 °С?


195. Раствор, содержащий 2 моль хлорида цинка в 1000 г воды замерзает при –5,49 °С. Определите кажущуюся степень диссоциации соли в растворе.


196. Определите температуру кипения 1 н. НNО3
. Степень диссоциации НNО3
в данном растворе 0,82. Плотность раствора принять равной единице.


197. При растворении 19,46 г сульфата натрия в 100 г воды температура кипения повысилась на 1,34 °С. Определите кажущуюся степень диссоциации соли в данном растворе.


198. Водный раствор, содержащий нелетучее растворенное вещество (неэлектролит), замерзает при -2,2 °С. Определите температуру кипения раствора и давление пара раствора при 20 °С. Давление пара чистой воды при 20 °С 2337,8 Па.


199. Вычислите температуру замерзания раствора 7,308 г хлорида натрия в 250 г воды, если при 18 °С осмотическое давление указанного раствора 2,1077х106
Па. Плотность раствора принять 1.


200. Определите общее давление и состав пара в молярных долях над смесью бензола и о
-ксилола при 20 °С. Молярная доля бензола в смеси 0,6. Давление о
-ксилола при 20 °С 1339,7 Па, а давление пара бензола 9953,82 Па.


201. Вычислите общее давление и определите состав пара в молярных долях над смесью, состоящей из 200 г бензола С6
Н6
и 300 г этилбензола С6
Н5
С2
Н5
при 60 °С. Давление пара этилбензола при 60 °С 10484 Па, а бензола 51809 Па.


202. Жидкое органическое вещество, практически не растворимое в воде, перегонялось с водяным паром под нормальным атмосферным давление при 98,4 °С. Содержание органической жидкости в конденсате 0,231 масс. доли. Определите молекулярную массу вещества и давление его паров при данной температуре, если давление насыщенного пара воды в этих условиях 95665 Па.


203. Толуол и этилбензол неограниченно растворимы друг в друге. Давление пара этилбензола при 90 °С 29741 Па. Вычислите отношение числа молей толуола к числу молей этилбензола в парах при указанной температуре над смесью, содержащей 0,75 мол. доли толуола. Давление пара толуола при 90 °С 53942,2 Па.


204. При перегонке бромбензола С6
Н5
Вr с водяным паром под нормальным атмосферным давлением смесь кипит при 95,25 . Считая, что бромбензол практически не растворим в воде, определите соотношение количеств молей воды и бромбензола в парах и процентное содержание бромбензола и воды в дистилляте. При 95,25 °С давление пара бромбензола 16129,3 Па.


205. Общее давление пара над смесью бензола и толуола 8691,2 Па при 30 °С. Вычислите молярные доли бензола и толуола в жидкой смеси и в парах при указанной температуре. Давления паров бензола и толуола при 30 °С соответственно равны 15758,6 и 4892,92 Па.


206. Органическое вещество, практические не растворимое в воде, перегонялось с водяным паром под нормальным атмосферным давлением при 99,3 °С. Содержание перегоняемого вещества в конденсате равно 0,144 масс. доли. Определите молекулярную массу органического вещества. Давление насыщенного пара воды при указанной температуре 98811,3 Па.


207. Взбалтывают 1 л воды с 400 см3 амилового спирта, содержащими 2,5 г йода. Вычислите количество йода, перешедшего в водный слой. Коэффициент распределения I2
между амиловым спиртом и водой 230.


208. При 15 °С водный раствор янтарной кислоты, содержащий 12,1 г/л кислоты, находится в равновесии с эфирным раствором, содержащим 2,2 г/л янтарной кислоты. Определите концентрацию эфирного раствора (г/л), который находится в равновесии с водным раствором, содержащим 9,68 г/л янтарной кислоты. Янтарная кислота в обоих растворителях имеет нормальную молекулярную массу.


209. Коэффициент распределения йода между амиловым спиртом и водой при 25 °С I2 в спирте
/С
I2 в воде
= 230.


Вычислите: а) концентрацию йода в амиловом спирте, если равновесная концентрация йода в водном слое 0,2 г/л; б) растворимость йода в амиловом спирте, если растворимость йода в воде при 25 °С 0,340 г/л.


210. Вычислите среднее значение коэффициента распределения хинона между водой и этиловым эфиром при 19,5 °С, если концентрации хинона (моль/л) в воде 0,002915 и 0,008415, а в этиловом эфире соответственно 0,00893 и 0,02714.


211. Охарактеризуйте проводники I и II рода, полупроводники. Приведите примеры.


212. Охарактеризуйте удельную электропроводность и приведите порядок ее определения.


213. Дайте определение величины, названной эквивалентной электропроводностью и раскройте сущность закона Кольрауша.


214. Объясните связь между степенью диссоциации и эквивалентной электропроводностью. Раскройте сущность закона разбавления Оствальда.


215. Охарактеризуйте метод кондуктометрического титрования.


216. Охарактеризуйте электродный потенциал и приведите уравнение Нернста.


217. Опишите стандартные и индикаторные электроды.


218. Объясните принцип разложения металлов в стандартном электрохимическом ряду напряжений.


219. Опишите конструкцию и принцип действия элемента Якоби-Даниэля.


220. Охарактеризуйте электропроводящую силу гальванического элемента и приведите порядок ее измерения.


221. Опишите концентрационный элемент.


222. Опишите окислительно-восстановительный элемент.


223. Охарактеризуйте порядок потенциометрического определения концентрации ионов водорода.


224. Опишите процесс потенциометрического титрования.


225. Охарактеризуйте электролиз растворов и расплавов электролитов.


226. Сформулируйте законы Фарадея.


227. Охарактеризуйте процесс электрохимической коррозии и способы защиты от нее.


228. Дайте определение понятия скорости химической реакции. Перечислите факторы, влияющие на скорость химической реакции. Сформулируйте закон действия масс. Раскройте физический смысл константы скорости реакции.


229. Приведите классификацию химических реакций.


230. Охарактеризуйте реакции первого порядка.


231. Охарактеризуйте реакции второго порядка.


232. Объясните влияние температуры на скорость химической реакции. Сформулируйте правило Вант-Гоффа.


233. Приведите основные положения теории активации молекул. Дайте определение понятия «энергия активации».


234. Запишите уравнение Аррениуса и поясните, для расчета каких величин оно используется.


235. Изложите особенности и механизм цепных реакций.


236. Опишите фотохимические и радиационно-химические процессы.


237. Раскройте суть катализа и опишите особенности каталитических реакций.


238. Объясните сущность теории промежуточных соединений Оствальда.


239. Изложите особенности адсорбции на поверхности твердого тела и объясните ее зависимость от различных факторов.


240. Объясните изотерму адсорбции Ленгмюра и уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра.


241. Раскройте сущность коллоидной химии. Поясните роль дисперсных систем в природе и технике.


242. Изложите классификацию дисперсных систем.


243. Опишите методы получения дисперсных систем.


244. Опишите методы очистки дисперсных систем.


245. Охарактеризуйте молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем: броуновское движение; диффузия; осмотическое давление; агрегативная, седиментационная устойчивость.


246. Охарактеризуйте оптические свойства дисперсных систем: эффект Тиндаля-Фарадея, опалесценция, окраска.


247. Раскройте сущность теории строения коллоидных частиц.


248. Охарактеризуйте электрокинетические явления в золях: электрофорез и электросмос.


249. Опишите процесс коагуляции и объясните коагулирующее действие различных факторов. Сформулируйте правило Шульце-Гарди.


250. Охарактеризуйте эмульсии, приведите их классификацию и опишите способы их получения.


251. Дайте характеристику эмульгаторам.


252. Охарактеризуйте свойства эмульсий.


253. Опишите применение эмульсий.


254. Дайте характеристику суспензиям и опишите типы суспензий и методы их получений.


255. Охарактеризуйте свойства суспензий.


256. Объясните сущность структурирования в суспензиях и явление тиксотропии.


257. Дайте характеристику пенам и опишите методы их получения.


258. Охарактеризуйте свойства пены.


259. Охарактеризуйте пенообразователи и пеногасители.


260. Охарактеризуйте аэрозоли, приведите их классификацию и опишите методы их получения.


261. Охарактеризуйте свойства аэрозолей.


262. Опишите способы разрушения аэрозолей.


263. Охарактеризуйте порошки и их свойства.


264. Изложите состав и опишите процесс получения и классификацию полимеров.


265. Охарактеризуйте первичную структуру, гибкость и эластичность цепей макромолекул.


266. Опишите фазовые и агрегатные состояния полимеров.


267. Охарактеризуйте механические свойства полимеров: упругость, деформация, вязкость, прочность, пластичность.


268. Опишите процесс смачивания полимеров и взаимодействие полимеров с растворителями.


269. Опишите процесс растворения полимеров.


270. Охарактеризуйте растворы высокомолекулярных соединений и свойства разбавленных растворов: термодинамическая устойчивость, осмотическое давление, светорассеяние, вязкость.


271. Ток силой 2,2 А проходит через раствор медного купороса в течение 2 ч. Какова масс выделившейся меди?


272. Через раствор FеСl2
пропускали ток силой 3 А в течение 12 мин, а через раствор FеСl3
– ток силой 4 А (в это же время). В каком из растворов выделится больше железа?


273. Вычислите количество РbО2
, которое выделится на аноде при электролизе соли свинца в азотнокислом растворе током силой 0,16 А в течение 45 мин.


274. Сколько граммов КОН образуется при электролизе раствора КСl,
если на аноде выделилось 10,85 л хлора, объем которого измерен при 22 ºС и 99975 Па?


275. Какие процессы протекают на электродах при электролизе сульфата кадмия (электроды нерастворимые)? Какие вещества и в каком количестве выделяются на электродах при прохождении через раствор тока силой 3,6 А в течение 42 мин?


276. Вычислите силу тока, выделяющегося за 30 мин из раствора серной кислоты 380 см3
гремучего газа, измеренного при 22 ºС и 99975 Па.


277. Какой силы ток надо пропускать через 0,12 н. Bi(NО3
)3
, чтобы в течение 30 мин полностью выделить металл из 40 см3
раствора?


278. Через раствор соли серебра пропускали электрический ток в течение 1 ч. При этом выделилось 0,4830 г серебра. Амперметр показывал 0,09 А. Какова относительная ошибка в его показаниях?


279. Сколько кислорода (см3
) при н.у. выделится при электролизе раствора серной кислоты током силой 2,6 А за 4 мин?


280. Сколько кислорода (см3) при н.у. должны выделиться на аноде за время, в течение которого отложилось на катоде 0,1324 г серебра при одной и той же силе тока?


281. Электрический ток силой 1 А проходит в течение 1 ч через раствор СuSО4
(электроды нерастворимые). Определите количества выделившейся меди (г) и образовавшейся серной кислоты в растворе (в молях) за указанное время, если выход по току равен 90 %.


282. Сколько времени надо проводить электролиз до полного выделения никеля из 80 мл 2 %-ного раствора NiSО4
х7Н2
О, плотность которого 1,01 г/см3
, током силой 0,28 А при выходе по току 90 %?


283. Какой силы ток надо пропускать через расплавленный NаОН в течение 3 ч 30 мин, чтобы получить 22 г металлического натрия при выходе по току 40 %?


284. В растворе находилось 0,2 моль НgСl2
и 0,3 моль СuСl2
. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах, если через раствор пропускать ток силой 10 А в течение 2 ч? Что останется в растворе?


285. В сосуд для измерения электрической проводимости помещены круглые платиновые электроды диаметром 2,26 см. Расстояние между электродами 1,68 см. Сосуд заполнен 0,01 н. NаNО3
. При напряжении 0,5 В через данный раствор проходит ток силой 1,17 мА. Вычислите удельную и эквивалентную электрическую проводимость раствора NаNО3
.


286. В сосуде для измерения электрической проводимости сопротивление 0,02 н. КСl при 18 ºС равно 364 Ом. Если этот же сосуд заполнить разбавленным раствором уксусной кислоты при той же температуре и включить сопротивление 1000 Ом, то отсчет по мостику составит 64,25 см. Вычислите удельную электрическую проводимость раствора уксусной кислоты.


287. Сосуд для измерения электрическое проводимости, заполненный 0,02 н. КСl, при 20 ºС имеет сопротивление 82,4 Ом, а заполненный 0,005 н. К2
SО4
– 326 Ом. Вычислите эквивалентную электрическую проводимость раствора К2
SО4
.


288. Удельная электрическая проводимость 0,509 н. КСl при 18 ºС 4,54 См/м. Вычислите кажущуюся степень диссоциации КСl в данном растворе.


289. Удельная электрическая проводимость раствора СаСl2
концентрации 10 % (масс. доли, %) при 18 ºС равна 11,4 См/м. Плотность раствора 1,08 г/см3. Вычислите кажущуюся степень диссоциации СаСl2
в указанном растворе.


290. Удельная электрическая проводимость раствора КОН концентрации 4,2 % (масс.доли, %) при 18 ºС равна 14,64 См/м. Плотность раствора 1,038 г/см3
. Вычислите эквивалентную электропроводимость и кажущуюся концентрацию ионов ОН- в растворе.


291. Удельная электрическая проводимость раствора Н2
SО4
концентрации 5 % (масс.доли, %) при 18 ºС равна 20,85 См/м, плотность раствора 1,033 г/см3. Вычислите кажущуюся концентрацию ионов водорода в растворе.


292. При 25 ºС потенциал медного электрода, погруженного в раствор Сu(NО3
)2
с активностью ионов меди 0,0202 равен 0,29 В. вычислите нормальный электродный потенциал меди по отношению к нормальному водородному электроду.


293. Вычислите потенциал серебряного электрода в 1m АgNО3
при 25 ºС.


294. Вычислите потенциал кадмиевого электрода погруженного в раствор с концентрацией ионов Сd2+
5,5х10-5
г-ион/л, при 25 ºС.


295. Вычислите при 25 ºС потенциал цинкового электрода, погруженного в 150 см3
раствора, содержащего 0,2 г сульфата цинка; степень диссоциации соли в растворе примите равной единице.


296. Вычислите при 25 ºС потенциал свинцового электрода, погруженного в 200 см3
раствора, содержащего 0,1 г нитрата свинца. Степень диссоциации Рb(NО3
)2
в растворе примите равной единице.


297. Вычислите при 25 ºС э.д.с. элемента, образованного цинковым электродом, погруженным в 0,05m ZnSО4
, и медным электродом, погруженным в 0,02m СuSО4
.


298. Э.д.с. гальванического элемента


Аg I АgNО3
II Сd(NО3
)2
I Сd


0,1 моль/1000 г Н2О
а


при 25 ºС равна 1,156 В. Определите активность ионов кадмия в растворе Сd(NО3
)2
.


299. Определить активность ионов Ni2+
в растворе Ni(NО3
)2
при 25 , если э.д.с. гальванического элемента


Со I Со(NО3
)2
II Ni(NО3
)2
I Ni


0,063 моль/1000 г
Н2О
а


при этой температуре равно нулю. Воспользоваться табл. 58 и 59 «Краткого справочника».


300. При какой концентрации ионов меди С
Сu2+
в растворе сульфата меди электродный потенциал медного электрода будет равнее нулю? Может ли практически медь в растворе CuSO4
приобрести отрицательный потенциал?


301. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций 2NО D 2NО2
при увеличении давления в три раза при постоянной температуре?


302. В растворе, содержащем 1 моль хлорида олова (II) и 2 моль хлорида железа (III), протекает реакция по уравнению


SnCl2
+ 2FеCl3
D SnCl4
+ 2FеCl2


Во сколько раз уменьшится скорость прямой реакции после того, как прореагирует 0,65 моль SnCl2
?


303. Реакция между веществами А и В протекает по уравнению А + 2В = С. Концентрация вещества А равна 1,5 моль/л, а В - 3 моль/л. Константа скорости реакции 0,4. Вычислите скорость химической реакции в начальный момент времени и по истечении некоторого времени, когда прореагирует 75 % А.


304. Разложение перекиси водорода в водном растворе подчиняется закону одномолекулярных реакций. Константа скорости этой реакции 0,05081 мин-1. Определите время, за которое перекись водорода распадается на 50 и 99,9 %.


305. В течение часа подвергается распаду 1/6 часть некоторого радиоактивного элемента. Определите период половины превращения t1/2 этого элемента.


306. Имеется 5 мг радия С, период половины превращения которого равен 19,7 мин. Какое количество радия С (мг) останется через 2,5 ч?


307. В сосуде имеется 0,017 г Rа В. Какое количество радия В (в масс.долях, %) останется в сосуде через 2 ч, если период половины превращения его 26,8 мин?


308. Через какое время активность актиния В составит 40 % от первоначальной, если период половины превращения его 36 ,1 мин?


309. При 20 ºС 0,01 М раствор уксусноэтилового эфира омыляется 0,02 М NаОН в течение 23 мин на 10 %. Как изменится это время, если уменьшить концентрации реагирующих веществ в пять раз?


310. Вычислите, на сколько градусов необходимо повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 50 и в 100 раз, если температурный коэффициент скорости реакции равен 3.


311. Температурный коэффициент скорости реакции разложения йодистого водорода в области температур 356-374 ºС равен 2. Используя приближенное правило Вант-Гоффа вычислите константу скорости этой реакции при 374 ºС, если при 356 ºС она равна 8,09х10-5
.


312. Муравьиная кислота разлагается на диоксид углерода и водород на поверхности золота. Константа скорости этой реакции при 140 ºС равна 5,5х10-4
, а при 185 ºС – 9,2х10-3
. Вычислите температурный коэффициент скорости реакции в указанном интервале температур.


313. Константа скорости омыления этилацетата едким натром при 9,4 ºС равна 2,37, а при 14,4 ºС – 3,204. Рассчитайте температурный коэффициент скорости реакции в указанном интервале температур и энергию активации.


314. При 150 ºС некоторая реакция заканчивается за 16 мин. Приняв температурный коэффициент скорости 2,5, вычислите через сколько минут закончилась бы эта же реакция при 180 и 130 ºС.


315. Воспользовавшись приближенным правилом Вант-Гоффа, вычислите, при какой температуре реакция закончится в течение 20 мин, если при 20 ºС на это требуется 3 ч. Температурный коэффициент скорости реакции принять равным 2.


316. Во сколько раз увеличится время, необходимое для завершения реакции, если понизить температуру на 45º? Температурный коэффициент скорости реакции принять равным 3.


317. Константа скорости омыления уксусноэтилового эфира едким натром при 9,4 ºС равна 2,37, а при 14,4 ºС – 3,204. Вычислите по уравнению Аррениуса, при какой температуре константа скорости будет равна 15.


318. Константа скорости реакции инверсии тростникового сахара при 25 ºС равна 9,67х10-3
, а при 40 ºС – 73,4х10-3
мин-1
. Определите константу скорости этой реакции при 35 ºС.


319. Для реакции разложения паров уксусного альдегида константа скорости при 460 ºС равна 0,035, а при 518 ºС – 0,343 (концентрация выражена в моль/л, а время – в секундах). Определите константу скорости этой реакции при 486 ºС. Сравните полученный результат с результатом найденным с использованием приближенного правила Вант-Гоффа.


320. Во сколько раз увеличится скорость прямой реакции 2SО2
+ О D 2SО3
, протекающей в закрытом сосуде, если увеличить давление в 5 раз без изменения температуры?


321. Разложение оксида азота (I) на поверхности золота при высоких температурах протекает по уравнению N2
О D N2
+ О. Константа скорости данной реакции при 900 ºС 5х10-4
. Начальная концентрация N2
О 3,2 моль/л. Определите скорость реакции при указанной температуре в начальный момент и когда произойдет разложение 78 % начального количества оксида.


322. Константа распада Rа А равна 3,79х10-3
с-1
. Определите период половины превращения t1/2 и время, за которое Rа А распадается на 90 %.


323. В сосуде имеется 0,025 г радона. Период половины превращения t1/2 радона 3,82 дня. Какое количество радона (в масс.долях, %) останется в сосуде через 14 дней?


324. Период половины превращения тория С равен 60,5 мин. Через какое время активность тория С будет составлять 20 % от первоначальной?


325. Реакция НСОН + Н2
О2
= НСООН + Н2
О является двумолекулярной. При смешении равных объемов 1 М растворов Н2
О2
и муравьиного альдегида через 2 ч при 60 ºС концентрация муравьиной кислоты становится 0,215 моль/л. Вычислите константу скорости реакции и определите, за какое время (t1/2) прореагирует половины исходных веществ.


326. Константа скорости двумолекулярной реакции омыления этилового эфира уксусной кислоты едким натром при 10 ºС равна 2,38 (концентрация выражена в моль/л, время – в мин). Какое время потребуется на омыление 80 % эфира, если смешать при 10 ºС 1 л 0,04 н. Раствора уксусноэтилового эфира с 1 л 0,04 н. NаОН? Как изменится время реакции, если исходные растворы будут разбавлены в 10 раз?


327. Термическое разложение окиси этилена является реакцией первого порядка. При 378,5 ºС период половины превращения окиси этилена равен 363 мин. Определите константу скорости реакции при 450 ºС. Энергия активации данной реакции 217 кДж/моль.


328. Константа скорости реакции разложения органической кислоты в водном растворе при 20 ºС 4,75х10-4
, а при 40 ºС – 5,76х10-3
(время выражено в минутах). Определите период половины превращения кислоты при 30 ºС, если разложение ее протекает по закону реакции первого порядка.


329. Соль диазония в водном растворе разлагается по уравнению


СН3
С6
Н4
N2
Сl + Н2
О = СН3
С6
С4
ОН + N2
+ НСl


Процесс разложения при большом избытке воды является реакцией первого порядка. Константы скорости реакции при 24,7 и 30 ºС соответственно равны 9х10-3
и 1,3х10-2
мин-1
. Вычислить константу скорости этой реакции при 35 ºС и время, в течение которого при этой температуре распадается 99,9 % соли диазония.


330. При 25 и 40 ºС константы скорости реакции разложения гипохлорита натрия в растворе равны соотвественно 0,0093 и 0,0342. Вычислите по уравнению Аррениуса, использовав приближенное правило Вант-Гоффа, константу скорости этой реакции при 50 ºС.


331. Золь йодида серебра получен при постепенном добавлении к 20 см3
0,01 н. Раствора КI 15 см3
0,2 %-ного раствора нитрата серебра. Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя и определите направление движения частиц его в электрическом поле. Плотность раствора нитрата серебра принять равной единице.


332. Какой объем 0,005 н. AgNО3
надо прибавить к 20 см3 0,015 н. КI, чтобы получить положительный золь йодида серебра? Напишите формулу мицеллы.


333. Золь гидроксида железа (III) получен при добавлении к 85 см3 кипящей дистиллированной воды 15 см3
2%-ного раствора хлорида железа (III). При этом соль частично подвергается гидролизу:


FеСl3
+ 3Н2
О D Fе(ОН)3
+ 3НСl


Напишите возможные формулы мицелл золя Fе(ОН)3
, учитывая, что при образовании частиц гидроксида железа (III) в растворе присутствовали следующие ионы: Fе3+
, FеО+
, Н+
, Сl-
.


334. Золь бромида серебра получен смешиванием 25 см3
0,008 н. КВr и 18 см3
0,0096 н. AgNО3
. Определите знак заряда частиц и составьте формулу мицеллы золя.


335. Свежеосажденный осадок гидроксида алюминия обработали небольшим количеством соляной кислоты, недостаточным для полного растворения осадка. При этом образовался золь Аl(ОН)3
. Напишите формулу мицеллы золя гидроксида алюминия, учитывая, что в электрическом поле частицы золя перемещаются к катоду.


336. Какие объемы 0,029 % (масс. доли, %) раствора NаСl и 0,001 н. AgNО3
надо смешать, чтобы получить незаряженные частицы золя AgСl? Плотность раствора NаСl принять равной единице.


337. Золь сульфата бария получен смешиванием равных объемов растворов нитрата бария и серной кислоты. Одинаковы ли были исходные концентрации электролитов, если в электрическом поле гранулы перемещались к аноду? Напишите формулу мицеллы золя.


338. При длительном стоянии сероводородной воды в результате окисления Н2
S кислородом воздуха образуется сера в коллоидном состоянии. Напишите формулу мицеллы золя серы и определите знак заряда ее частиц. Каким методом получен золь?


339. При пропускании избытка сероводорода в подкисленный соляной кислотой раствор соли мышьяка (III) образовался золь трехсернистого мышьяка. Напишите формулу мицеллы золя и определите знак заряда его частиц.


340. Золь ферроцианата меди был получен при действии на соль меди (II) избытком раствора К4
[Fе(СN)6
]. Составьте формулу мицеллы золя.


341. Золь диоксида олова образовался в результате действия небольшого количества соляной кислоты на станнат калия. Напишите формулу мицеллы золя.


342. Напишите формулы мицелл золей: Аl(ОН)3
, стабилизованного АlСl3
и SiО2
, стабилизованного Н2
SiО3
. Для какого из указанных золей лучшим коагулятором является раствор FеСl3
или Nа2
SО4
?


343. Напишите формулу мицеллы золя золота, стабилизованного КАuО2
. У какого из электролитов: NаСl, ВаСl2
, FеСl3
– порог коагуляции будет иметь наименьшую величину?


344. Золь хлорида серебра получен смешиванием равных объемов 0,0095 М КСl и 0,012 н. AgNО3
. Какой из электролитов: К3
[Fе(СN)6
], К4
[Fе(СN)6
], или МgSО4
– будет обладать наименьшей коагулирующей способностью?


345. Пороги коагуляции электролитов (моль/л) для данного золя оказались равными:


С
КNО3
= 50,0; С
МgСl2
= 0,717; С
АlСl3
= 0,093;


С
NаСl = 51,0; С
МgSО4
= 0,810; С
Аl(NО3
)3
= 0,095.


Определите знак заряда частиц золя.


346. Пороги коагуляции электролитов для золя AgI (моль/л)


С
КСl = 256,0; С
Ва(NО3
)2
= 6,0; С
Аl(NО3
)3
= 0,067;


С
КNО3
= 260,0; С
Sr(NО3
)2
= 7,0.


Определите знак заряда частиц золя и вычислите коагулирующую способность каждого элемента.


347. К 100 см3
0,03 % (масс. доли, %) раствора хлорида натрия добавлено 250 см3
0,001 н. AgNО3
. Для получения коагуляции к полученному золю хлорида серебра добавлены следующие электролиты: КВr, Ва(NО3
)2
, К2
СrО4
, АlСl3
. Какой из добавленных электролитов имеет наименьший порог коагуляции: наименьшую коагулирующую способность?


348. К 5 см3
золя Fе(ОН)3
для начала явной коагуляции необходимо добавить один из следующих растворов: 4 см3
н. КСl; 0,5 см3
0,01 н. К2
SО4
; 3,9 см3
0,0005 н. К4
[Fе(СN)6
]. Вычислите пороги коагуляции и определите у кого из электролитов наибольшая коагулирующая способность?


349. В три колбы налито по 50 см3 золя Fе(ОН)3
. Чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 5,30 см3
1 н. КСl, в другую – 31,5 см3
0,01 н. Nа2
SО4
, в третью – 18,7 см3
0,001 н. Nа3
РО4
. Вычислите пороги коагуляции электролитов и определите знак заряда золя.


350. Какое количество 0,01 М К2Сr2
О7
(см3) нужно добавить к 1 л золя Аl(ОН)3
, чтобы вызвать его коагуляцию? Порог коагуляции 0,63 ммоль/л.


351. Золь йодида серебра получен при постепенном добавлении к 20 см3
0,01 н. Раствора КI 15 см3
0,2 %-ного раствора нитрата серебра. Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя и определите направление движения частиц его в электрическом поле. Плотность раствора нитрата серебра принять равной единице.


352. Какой объем 0,005 н. AgNО3
надо прибавить к 20 см3 0,015 н. КI, чтобы получить положительный золь йодида серебра? Напишите формулу мицеллы.


353. Золь гидроксида железа (III) получен при добавлении к 85 см3 кипящей дистиллированной воды 15 см3
2%-ного раствора хлорида железа (III). При этом соль частично подвергается гидролизу:


FеСl3
+ 3Н2
О D Fе(ОН)3
+ 3НСl


Напишите возможные формулы мицелл золя Fе(ОН)3
, учитывая, что при образовании частиц гидроксида железа (III) в растворе присутствовали следующие ионы: Fе3+
, FеО+
, Н+
, Сl-
.


354. Золь бромида серебра получен смешиванием 25 см3
0,008 н. КВr и 18 см3
0,0096 н. AgNО3
. Определите знак заряда частиц и составьте формулу мицеллы золя.


355. Свежеосажденный осадок гидроксида алюминия обработали небольшим количеством соляной кислоты, недостаточным для полного растворения осадка. При этом образовался золь Аl(ОН)3
. Напишите формулу мицеллы золя гидроксида алюминия, учитывая, что в электрическом поле частицы золя перемещаются к катоду.


356. Какие объемы 0,029 % (масс. доли, %) раствора NаСl и 0,001 н. AgNО3
надо смешать, чтобы получить незаряженные частицы золя AgСl? Плотность раствора NаСl принять равной единице.


357. Золь сульфата бария получен смешиванием равных объемов растворов нитрата бария и серной кислоты. Одинаковы ли были исходные концентрации электролитов, если в электрическом поле гранулы перемещались к аноду? Напишите формулу мицеллы золя.


358. Золь NiS получен сливанием растворов Ni(NО3
)2
и К2
S. Напишите формулу мицеллы золя в случае избытка К2
S.


359. Золь NiS получен сливанием растворов Ni(NО3
)2
и К2
S. Напишите формулу мицеллы золя в случае избытка Ni(NО3
)2
.


360. Золь SnО2
получен по реакции: К2
SnО3
+ 2НСl = 2КСl + SnО2
+ Н2
О. Напишите формулу мицеллы Золя.


ПРИЛОЖЕНИЯ




ЛИТЕРАТУРА



Основная


Ахметов Б.В. Физическая и коллоидная химия / Б.В.Ахметов, Ю.П.Новиченко, В.И.Чапурин. М., 1986


Балезин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии / Н.С.Балезин. М., 1980


Гамеева О.С. Сборник задач и упражнений по физической и коллоидной химии / О.С.Гамеева М., 1980


Гамеева О.С. Физическая и коллоидная химия / О.С.Гамеева. М., 1977


Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия: учеб пособие / П.М.Кругляков, Т.Н.Носкова: 2-е изд., испр. М., 2007


Малахова А.Я. Практикум по физической и коллоидной химии / А.Я.Малахова. Минск, 1981


Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии: учеб пособие / Б.Д.Сумм: 2-е изд., стер. М., 2007


Шершавина А.А. Индивидуальные задания по коллоидной химии: учеб пособие / А.А.Шершавина. Минск, 2008


Дополнительная



Ахметов Б.В. Задачи и упражнения по физической и коллоидной химии / Б.В.Ахметова. Л., 1989


Кузнецов В.В. Физическая и коллоидная химия / В.В.Кузнецов. М., 1976


Практикум по физической и коллоидной химии / под ред. В.В.Буданова, Н.К.Воробьева. М., 1986


итерат

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Методические указания и контрольные задания для учащихся заочников по специальности 2 48 01 35 «Переработка нефти и газа» Новополоцк

Слов:19697
Символов:170137
Размер:332.30 Кб.