Техническая термодинамика изучает применение законов термодинамики и их следствий к тепловым машинам. В химической термодинамике применяется термодинамический метод для изучения


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВ
АНИЯ И НАУКИ РОССИЙС
КОЙ ФЕД
Е
РАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профе
с
сионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛ
И
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И
НСТИТУТ











У
тверждаю

Зам директора по УР ЮТИ ТПУ

_____________ В.Л
.
Бибик


« ____ » __________ 200
9

г.






ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНА
МИКА



методические указания для самостоятельной работы


по курсу «физическая химия» для студентов

по направлению

150
400

«
М
еталлургия»

















Издательство

Юргинского технологического института филиала

Томского политехнического университета

2009

2


УДК 541.8: 532.6


Химическая термодинамика
:
методические указания для
выполнения
самостоятельной работы по дисциплине «Физическая химия» для студентов
,
обучающихся
по направлению 150400 «Металлургия»

/ Сост. А.П. Родзевич.


Юрга:
Изд
-
во

Юргинского технологического института
филиал
Томского
политехнического университета,
, 200
9
.


22

с.









Рецензент
:

канд.
пед
. наук

В.Ф. Торосян




Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию

методическим семинаром кафедры
МЧМ ЮТИ ТПУ

«
31
»
января

200
9
г
.















Зав. кафедрой, к.т.н.

А.А. Сапрыкин


3


ВВЕДЕНИЕ


Название "термодинамика" происходит от двух слов: термо



те
п
ло и
динамо



сила. Динамика



наука о движении тел под действием сил
, поэтому
под термодинамикой понимают науку и о движении теплоты. Термодинамика
начала развиваться с изучения тепловых машин. Одной из первых работ в этой
области была работа
французского

инженера Сади Карно "О движущей силе
огня и о машинах, способных раз
вивать эту силу". Это название поясняет
появление термина термодинамики.

Термодинамика является учением о превращении одних видов энергии в
другие. Исходными положениями термодинамики являются основные начала
или законы, которые подтверждаются многочисленн
ыми опытными данными.
Первый закон термодинамики представляет собой закон эквивалентности
энергии, позволяющий выражать различные виды энергии эквивалентными
величинами
.

Второй закон термодинамики является законом о направлении
процесса, который позволяет
определять возможность протекания и
направление процесса в данных условиях.

Различают общую, техническую и химическую термодинамику. В об
щ
ей
термодинамике излагаются основные начала законы и вытекающие из них
следствия. Техническая термодинамика изучает
применение законов
термодинамики и их следствий к тепловым машинам. В химической
термодинамике применяется термодинамический метод для изучения
химических процессов.


ЦЕЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ


Целью

данного методического указания является приобретение
с
тудентами определенных навыков; наиболее важными из которых являются
следующие:

1.

Нахождение правильного пути решения поставленной задачи с
доведением ответа до количественного результата.

2.

Умение правильно изобразить графически полученную зависимость
правил
ьно выбрать масштаб, координаты, провести основные и
вспомогательные линии.

3.

Научиться пользоваться справочным материалом, т.е. знать, где искать
соответствующие физико
-
химические характеристики реагирующих веществ.


Работы оформляются письменно в следующе
м порядке:

1.

Титульный лист, согласно приложению
A
, формат А4;

2.

Вариант работы соответствует
сумме двух последних
номер
ов

в
зачетной книжке
;

3.

Условие задачи;

4.

Ход решения и выводы;

5.

Графики строятся на миллиметровой бумаге.


4


Вариант 1

1.

Даны следующие термохимические уравнения:



Вычислите энтальпию реакции гидрирования ацетилена с образованием
этилена.

2.

При 25°С и 1 атм изменение внутренней энергии системы в результате
реакции
Н
2(
г
)
+1/2
O
2(
г
)
Н
2
O
(
ж
)

равно
:

-
282,1 кДж/моль. В интервале

температур
от 25 до

100°С средние молярные теплоемкости Н
2
г
,
О
2
г

и Н
2
О
ж

равны
28,9;
29,4

и

75,5 Дж/моль град соответственно. Вычислите изменение
энтальпии реак
ции образования воды из Н
2
г

и
O
2
г

при 100°С и1 атм.

3.

Что изучает предмет физической х
имии?

4.

Определить изменение энтропии
Δ
S

при нагревании
30 г

ледяной уксусной
кислоты от температуры плавления до 60
°
C
. Т.пл. уксусной кислоты 16,6°
C
,
теплота
плавления 194 Дж/г. Массовая теплоемкость
уксусной
кислоты
в
пределах 0
-
80°
C

выражается формулой
C
p
=1,96+0,0039
T

Дж/г К.

5.

Является ли энтропия функцией состояния? Проанализируйте определение
этой
величины и
уравнение
δ
Q
/
T
0.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

N
2(
г
)
+
O
2(
г
)
=2
NO
(
г
)
.


Вариант
2

1.

Подсчитать
энтальпию

металлургического шлака при 1500
о
С, если
скрытая

теплота
п
лавления шлака 190 кДж/кг, массовая теплоемкость
жидкого шлака 1,2

кДж/
кг К, Т
пл
=1400
о
С, истинная массовая

теплоемкость твердого металлурги
ческого шлака в интервале от 0 до Т
.
пл
.

изменяется с температурой:

.

2.

В чем смысл закона Гесса и когда он справедлив?

3.

Как узнать направление возможного протекания процесса?

4.

При 25
о
С энтропии ромбической и моноклинной серы соответс
твенно
равны
31,88 и 32,55 Дж/моль К,

а теплоты образования равны 0,0 и 0,3
кДж/моль. Рас
считать
Δ
G

и
Δ
F

для процесса
Sp
S
M

при 25°С. Пренебречь
различием плотно
стей обеих модификаций серы.

5.

Вычислить работу адиабатного расширени
я 1 моль одноатомного
идеального
газа при пон
ижении температуры от 100 до 25
°С. Начальное
давление
10,12
10
5

Па
, конечное 2,026
10
5

Па.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандарт
ным значениям энтальпии и энтропии
:

ZnS
(
т
)
 Н
2(
г
)
=
Zn
(
т
)
+
H
2
S
(
г
)
.



5


Вариант 3

1.

В резервуаре вместимостью
0,05

м
3

при
10
°С

и избыточном давлении
5065
гПа

содержится азот. Определить максимальное количество теплоты,
которое можно

сообщить газу, если стенки резер
вуара выдерживают
давление, не превышающие

20260 гПа.

2.

Атомная теплота с
горания графита при 290 К равна:
-
394,5 кДж/моль, а
атомная

теплота сгорания алмаза при той же температуре
:

-
395,4кДж/моль.
Удельные теплоемкости
этих
веществ соответственно равны 0,710

и

0,505
Дж/г
·
К. Рассчитать тепловой эффект аллотропного перехода графита в
алмаз при 0 С.

3.

Приведите примеры, когда каждый вид энергии можно характеризовать
двумя факторами



интенсивностью и емкостью.

4.

Что такое энтропия, ее физический смыс
л?

5.

Вычислить
A
,
Q
,
Δ
Н,
Δ
U
,
Δ
F
,
Δ
S

для изотермного сжа
тия 1 моль
идеального газа от Р
1

=5,065
10
5

Па до Р
2
=1
0,13
10
5

Па при 500°С.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпи
и и энтропии
:


O
2(
г
)
2СО
(
г
)
+
O
2(
г
)
.


Вариант 4

1.
Какое количество теплоты потребуется для нагревания 1 куб. м. воздуха
от 0 до

1°С при постоянном объеме и начальном давлении Р1,013
10
5
Па?
Плотность

воздуха при нормальных условиях
1,29 кг/м
3
, удельная теплоѐмкость
при постоянном давлении С
р
1,01 Дж/г
·
К.

2.


Стандартные теплоты образования
FeO
(
т
)
, СО
г
, СО
2г
, соответственно
равны
:

-
263,7;
-
110,5;
-
393,5 кДж/моль. Определить количество теплоты,
которое выделится при восстановлении 100

кг оксида железа 
II
 оксидом
углерода 
II
 при 1200 К и при постоянном давлении, если молярные
теплоемкости реагентов равны:



3.

Каково

наименьшее возможное значение энтропии вещества?

4.

Какие вопросы рас
сматриваются в химической термодинамике?

5.
Вычислить изменение энтропии при нагревании 1 моль твѐрдого брома
от температуры плавления
:

-
7,32 до 100°С, если удельная теплота плавления
:

67,78 Дж/г;
удельная теплота испарения 188,
5 Дж/г, Т
кип
=
59
о
С;
; молярная теплоѐмкость паров брома
.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

СО
(
г
)
Н
2
О
(
ж
)
С
O
2(
г
)
Н
2(
г
)
.

6


Вариант 5

1.

Что такое максимальная работа химич
еской реакции?

2.

Поясните, почему энтропия жидкого состояния одного и того же вещества
выше
энтропии его твѐрдого состояния при одной и той же температуре.

3.

Средняя массовая теплоѐмкость железа в пределах температур 0


200
о
С

равна

0
,
486 Дж/г
·
К. Определит
ь изменение энтропии при нагревании 1 кг железа от

100°С до 150°
С
.

4.

При 17°
С 10 г. кислорода сжимаются адиабатно от 0,008 до 0,005 куб. м.
Определить конечную температуру, затраченную работу, изменение
внутренней
энергии и энтальпии.

5.

Рассчитать

теплоту обра
зования жидкого сероуглерода по следующим
данным:



6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии:


I
(
г
)
Н
2(
г
)
+
I
2(
г
)
.


Вариант 6

1.

Определить темп
ературу и работу при адиабатном сжатии 0
,
01 куб. м азота до
1/10 его первоначального объѐма, если начальная температура 26,8
о
С и
давление
1013 гПа.

2.

Для реакций:


тепловые эффекты при постоянном давлении и

500 К соответственно рав
ны
173,6
и 133,9

кДж. Рассчитать тепловой эффект реакции


при 1000 К, если молярные теплоѐмкости в диапазоне 298
-
1500 К равны



3.

Определить
Δ
G
;
Δ
F
;
Δ
S

при испарении 1 моль воды при 100
о
С и
0,1013
МПа,
если удельный объѐм 1,673 куб. м/моль, удельная энтропия в процессе
парообра
зования воды 22,751 кДж/моль.

4.

Что такое энтропия, ее свойства и физический смысл?

5.

Какие вопросы рассматриваются в химической те
рмодинамике?

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии:

СО
(
г
)
2Н
2(
г
)
СН
3
ОН
(
ж
)
.



7


Вариант 7

1.

При
25
о
С

и мри
10
13

гПа в сосуде находится
1

кг азота. Вычислить
теплоту, изменение внутренней энергии,
работу при изобарном
расширении до трехкратного объѐма и при изохорном увеличении
давления до 2026 гПа.

2.

Проверить правило Дюлонга и Пти для меди, цинка и кадмия при 17
о
С.
Даны истинные удельные теплоѐмкости при постоянном давлении
:



3.

Математическая

формулировка второго закона термодинамики.

4.

Вычислить изменение энтропии при нагревании 1 кмоль сульфида кадмия
от
:

-
100 до 0
о
С, если зависимость молярной теплоѐмкости от температуры
в интервале от140 до 300 К
выражается уравнением


5.

Что означает выражение "изменение внутренней энергии в химической
реакции", "изменение энтальпии в химической реакции"? Чем объясняются
различия между изменением внутренней энергии и энтальпией. Как
изменяе
тся тепловой эффект реакции с ростом температуры, от чего это
зависит?

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

NH
3(
г
)
+
HCl
(
г
)
=
NH
4
Cl
(
т
)
.


Вариант 8

1.

Какое количество теплоты отдадут 100 кг водяно
го пара при охлаждении
их от 700 до 500 К при нормальном давлении? Средняя молярная
теплоемкость водяных паров при 500 К 34,48, а при 700 К 35,52
кДж
/
кмоль
·
К. Давление нормальное.

2.

При охлаждении 42 г азота от 150 до 20
о
С

давление повышается от 5
10
5

до 2,5
10
6

Па. Определить изменение энтропии в данном процессе, если
С
р
 1,039 Джг
К.

3.

Определить изменение изобарно
-

изотермического потенциала для
уравнения

реакции


.

и дать заключение о возможности ее протекания при стандартных
условиях.

4.

Особенности расширения идеального газа для четырех процессов:
изобарного, изохорного, изотермического и адиабатного.

5.

Тепловой эффект сгорания
СО до СО
2

при 25
о
С равен 283 кДж/моль.
Определить зависимость теплового эффекта этой реакции от температуры
и его значение при 2000 К. Температурные зависимости молярных
теплоемкостей веществ, участвующих в реакции, выражаются
8


следующими уравнениями:

для О
2
:


для СО и СО
2
:


6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

СО
2(
г
)
4Н
2(
г
)
СН
4(
г
)
2Н
2
O
(
ж
)
.


Вариант 9

1.

При 25°С и 1013 гПа в сосуде находится

1 кг азота. Вычислить теплоту,
изменение внутренней энергии, работу при изохорном увеличении
давления до 2026 гПа и

при изобарном расширении до трехкратного
объема.

2.

Вычислить теплоту образования оксида цинка при 327
о
С, если его теплота
образования при 298

К равна

-
349,0 кДж/моль. Молярные теплоѐмкости
Zn
О
т
,
Zn
(
т
)

и О
2
г

выражаются уравнениями:



3.

Напишите

уравнение Кирхгоффа в дифференциальной форме. В чем его
физический смысл
.

4.

Особенности понятий "св
ободная" и "связанная" энергия
.

5.

Найти изменение энтропии при нагревании 1 моль кадмия от 25 до 727
о
С,
если Т
п
л
=321
о
С и теплота плавления равна 6109 Дж/моль, молярные
теплоемкости твердого

кадмия

,

и жидког
о


6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

N
2(
г
)
+H
2(
г
)
=NH
3(
г
)
.


Вариант 10

1.

Какая работа Дж будет совершена, если 51 г аммиака, занимавшего при

27
о
С объем 25 л, расширяется при постоянной
температуре до 75 л.

2.

Определить теплоту образования сероуглерода
C
+2
S
=
CS
2
+
Q
,

используя
следующие термохимические уравнения:



3.

Зависит ли тепловой эффект от пути процесса.

4.

Какие
процессы,

перечисленны
е

н
иже
можно назвать самопроизвольными:

распрямление сжатой пружины, заряд аккумулятора, нейтрализация
9


кислоты щелочью, переход теплоты от горячего тела к холодному, взрыв.
Что можно сказать в отношении процесса, обратного самопроизвольному?
Может ли такой пр
оцесс тоже быть самопроизвольным?

5.

Вычислить изменение энтропии при нагревании 1 кг свинца от
температуры его плавления 327,4
о
С до 800
о
С. Теплота плавления свинца
24,8кДж/кг, а теплоемкость жидкого свинца в интервале температур 327
-
1000
о
С равна 0,1415кДж
/кг
К.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:


2
O
(
ж
)
2Н
2(
г
)
+
O
2(
г
)
.


Вариант
11

1.

При 0
о
С и начальном давлении 5065 гПа 0,002 куб. м. азота расширяются
изотерм
ически

до давления 1013 гПа. Вычислить работу и количество
поглощенной теплоты.

2.

Вычислить теплоту образования аммиака при 700°С, если при 25°С она
равна 46,19

кДж/моль, а молярные теплоемкости следующие:



3.

Как
ие вопросы рассматриваются в химической термодинамике?

4.

Поясните круговой процесс Карно.

5.

Найти изменение энергии Гиббса при сжатии 1 моль бензола от
Р
1
=1,013
10
5

до Р
2
=5,065
10
5

Па при 0°С. Плотность бензо
ла равна
0,879г/см
3
. Сжимаемостью жидкости в указанном интервале давлений
пренебречь.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

СаСО
3
(
т
)
СаО
(
т
)
С
O
2(
г
)
.


Вариант 12

1.

При 25
о
С и
1013

гПа

в сосуде н
аходится 1 кг азота. Вычислить теплоту,
изменение внутренней энергии и работу при изохорном увеличении
давления до 2026 гПа и при изобарном расширении до трехкратного
объема.

2.

Определить количество теплоты, выделяющейся при гашении 500г водой,
если


3.

Функциями каких

аргументов удобнее считать энтальпию, энергию
Гельмгольца, энергию Гиббса? Напишите выражения полных
10


дифференциалов этих функций и получите формулы для частных
производных функций
H
,

A
,

G

по разным аргументам.

4.

Дайте опре
деления понятиям энтальпии образования вещества и энергии
решетки кристаллического вещества.

5.

Найти изменение энтропии одного моля алюминия при нагревании его от
298 до 873 К. Истинная молярная теплоемкость кристаллического
алюминия выражается уравнением

.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

Mg
СО
3(
ж
)
=
Mg
О
(
т
)
С
O
2(
г
)
.


Вариант 13

1.

Объяснить смысл терминов:

изотермическая система;

функция состояния;

потенциальная энерги
я;

уравнение состояния;

внутренняя энергия.

2.

Какое наименьшее возможное значение энтропии вещества
.

3.

Стандартная теплота образования оксида алюминия
:

-
1675 кДж/моль.
Рассчитать теплоту образования оксида алюминия при 600 К, пользуясь
следующими выражениями

д
ля молярных теплоѐмкостей:



4.

При 17
о
С 10 кг воздух
а изотермически расширяются от
1,025
10
6

до

1,342
10
5

Па. Определить объѐмы в начале и конце процесс
а расширения,
совершѐнную работу Дж и количество подведѐнной теплоты.

5.

Вычислить изменение энтропии при нагревании 1 кмоль сульфида кадмия
от
-
1
00 до 0
о
С, если зависимость молярной теплоѐмкости от температуры в
интервале от140 до 300 К выражается уравнени
ем
:

.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:


gN
О
3(
т
)
А
g
(
т
)
+
N
О
2(
г
)
+
O
2(
г
)
.


Вариант 14

1.

Объяснить смысл терминов:

внутренняя энергия;

теплота;

энтальпия;

полезная ра
бота;

сформулировать первый закон термодинамики.

2.

Что такое энтропия еѐ физический смысл?

3.


Вычислить теплоту испарения воды при 120°С. Удельная теплота
испарения воды при 100
о
С 2255 Дж/г. Удельные теплоемкости жидкой
воды и пара соответственно равны 4,184 и

1,864 Дж/г К.

4.

Работа, затраченная на адиабатное сжатие 3 кг воздуха, равна 471 кДж.
Начальная температура 15
о
С. Определить изменение внутренней энергии и
конечную температуру. Среднюю теплоѐмкость воздуха при сжатии
11


принять равной

0,732 кДж/кг К.

5.

Опре
делить

теплоту сгорания этилена

.

исходя из следующих данных:


6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

СН
4(
г
)
2Н
2
S
(
г
)
С
S
2(
г
)
4Н
2(
г
)
.


Вари
ант 15

1.

Какое количество теплоты потребуется, чтобы нагреть 10 г паров ртути на
10°С при постоянном давлении? Пары ртути одноатомны.

2.

Объясните смысл терминов: теплота и энтальпия. В чѐм заключается
различие между экзотермическими и эндотермическими реакци
ями
.

3.

Энтропия, еѐ физический смысл? Может ли энтропия быть критерием
направления самопроизвольных процессов и равновесия?

4.

Вычислить
A
,
Q
,
Δ
Н,
Δ
G
,
Δ
F
,
Δ
S
,
Δ
U

для изотермического сжатия 1моль
идеального газа от Р
1
=5,065
10
5

до Р
2
=10
,13
10
5

Па при 500 К.

5.

Вывести температурную зависимость теплового эффекта реакции
,
если
при стандартных условиях он равен 180,74 кДж, а зависимость молярных
теплоѐмкостей от температуры выражается уравнениями:




6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

СО
(
г
)
3Н
2
(
г
)
СН
4
(
г
)
Н
2
О
(
г
)
.


Вариант 16

1.

Определить количество теплоты, которое необходим
о для нагревания при
постоянном объѐме 25 г кислорода, находящегося при 350° С, от 1013 до

5065 гПа.

2.

Проверить правило Дюлонга и Пти для меди, цинка и кадмия при 17°С.
Даны

истинные удельные теплоемкости при постоянном давлении:


3.

Приведите

примеры, когда каждый вид энергии можно характеризовать
12


двумя факторами
-

интенсивностью и ѐмкостью.

4.

Какие вопросы рассматриваются в химической термодинамике?

5.

Как изменится энтропия при нагревании 1 моля моноклинной серы от 25
о
С
до 200
о
С, если у
дельная теплота плавления моноклинной серы 45,19Дж/г,

Тпл119,3°
С, молярные теплоѐмкости жидкой серы
:

.

и тверд
ой серы

.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям

энтальпии и энтропии
:

С
2
Н
2(
г
)
3Н
2(
г
)
С
6
Н
6(
г
)
.


Вариант 17

1.

При 15
о
С 10 г кислорода сжимаются адиабатно от 0,008 до 0,005 куб. м.
Определить конечную температуру, затраченную работу, изменение
внутренней энер
гии

и энтальпии.

2.

Истинная удельная теплоѐмк
ость жидкого цинка выражается уравнением

,

а твѐрдого цинка

.

Какое количество теплоты выделится при охлаждении 300 г этого металла
от 500 до 0
о
С, если температура плавления цинка 419
о
С и удельная тепло
та
плавления 1
1
7,2Дж/г.

3.

В чем состоит закон Гесса и когда он справедлив
?

4.

Каковы свойства и физический смысл энтропии?

5.

Энтропия 1 моль графита равна 5,74, алмаза 2,38 Дж/град при 25
о
С.
Теплота сгорания алмаза превышает теплоту сгорания
графита на 752 Дж.
Вы
числить из
менение энергии
Гиббса

при изотермном переходе графита в
алмаз. Какой вывод можно сделать из найденного результата?

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

4
NH
3(
г
)
+5
O
2(
г
)
6Н
2
О
(
ж
)
+4
N
О
(
г
)
.


Вариант 18

1.

Какую работу могут совершить 12 кг водорода при повышении
температуры на 12
о
С при постоянном давлении.

2.

Сформулировать закон Гесса и дать определения:

а

стандартного состояния вещества;

б

стандартного изменения энтальпии в химическо
й реакции
.

3.

Рассчитать по правилу смешения массовую теплоемкость сплава состава
масс.
д
оли

%):
Al

11
;
Fe

5;
Ni

6; Си 78. Средняя массовая теплоемкость
металлов, образующих сплав, при комнатной температуре: меди 0,394;
алюминия 0,935
;

железа 0,456; никеля 0
,445 кДж
/
(
кг К. Сравнить
полученный результат с табличным: С0,457 кДж
/
(
кг К.

13


4.

Найдите изменение энтропии при расширении 1 моль идеального газа.
Используйте первый закон термодинамики и уравнение состояния
идеального газа.

5.

Теплота плавления льда при 0°С р
авна 335 Дж/г. Удельная теплоемкость
воды равна 4,184 Дж/г К. Удельная теплоемкость льда равна 2,01 Дж/
(
г
К
)
. Найти
Δ
G
,
Δ
Н,
Δ
S

для процесса превращения 1 моль переохлажденной
воды при
-
5
о
С в лед
.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К п
о
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

С
2
Н
4(
г
)
3О
2(
г
)
2СО
2(
г
)
2Н
2
О
(
ж
)
.


Вариант 19

1.

При17
о
С 10 кг воздуха изотермически расширяются от 1,025
10
6

до
1,342
10
5

Па. Определить объемы в начале и конце п
роцесса расширения,
совершенную ра
б
оту

Дж и количество подведенной теплоты.

2.

Ниже представлены энтальпии образования и энтропии для некоторых
неорганических

веществ в стандартных условиях:


Что можно на основе этих данных сказат
ь о возможности взаимодействия
маг
ния с диоксидом углерода в стандартных условиях?

3.

Что изучает химическая термодинамика?

4.

Поясните различие между такими понятиями, как энтальпия химической
реакции и свободная энергия химической реакции.

5.

Вычислить изменение
энтропии при нагревании 1 кг свинца от
температуры его плавления 327,4°С до

800°С. Теплота плавления свинца
24.8кДж/кг, а теплоемкость жидкого свинца в интервале температур 327
-
1000
о
С равна 0,1415 кДж/кг

К
.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббс
а при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

С
2
Н
4(
г
)
3О
2(
г
)
2СО
2(
г
)
2Н
2
О
(
ж
)
.


Вариант 20

1.

Работа, затраченная на адиабатное сжатие 3 кг воздуха равна 471 кДж.
Начальная температура 15°С. Определить изменение внутренней энергии и
конечную

темпе
ратуру. Среднюю теплоѐмкость воздуха
C
v

при сжатии
принять равной

0,732 кДж/кг К.

2.

Рассчитать массовую теплоемкость сплава, состоящего из 80
%

меди и 2
0%

оло
ва пр
и 25°С
.

Средняя массовая теплоѐмкость меди в интервале 20
-
100
о
С равна
0,394

кДж/кг К, а олов
а в интервале 19
-
99°С равна
14


0,231кДж/кг
К. Сравнить полученный результат с табличным:
С
0,3606кДж/кг К.

3.

Поясните почему энтропия жидкого состояния одного и того же вещества
выше энтропии его твѐрдого состояния при одной и той

же температуре.

4.

Что означает выражение "изменение внутренней энергии и энтальпии в
хими
че
ской реакции". Чем объясняется различие между
Δ
U

и
Δ
Н?

5.

Вычислить суммарное изменение энтропии при нагревании 1 моль воды от
температуры плавления до полного испарени
я при температуре кипения.
Теплота

плав
ления льда 335,2 Дж/г, теплота парообразования воды 2260
Дж/г, массовая теплоѐмкость воды 4,188 Дж/г К.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

СН
4(
г
)
+

2
S
(
г
)
С
S
2(
ж
)
4Н
2(
г
)
.


Вариант 21

1.

Дайте определение понятиям энтальпии образования вещества и энергии
решѐтки кристаллического вещества. Какими факторами определяется
величина

энергии решѐтки?

2.

В цилиндре при 18
о
С и 1013 гПа находится гремучая смесь. При
и
зменении
о
бъѐма от 3
,
77
10
-
4

до 0,302
10
-
4

куб. м произошѐл взрыв.
Определить температуру и давление в момент взрыва, если сжатие
происходит без обмена теплоты с окружающей средой.

3.

Основные мартеновские ш
лаки имеют, примерно, состав массовые доли

в
%):

СаО 47;
FeO

14; М
n
О 15;
Si
O
2

24. Выч
ислить среднюю массовую
теплоѐм
кость данного шлака в интервале 0
-
1000°С по правилу смешения и
сравнить с ве
л
ичиной вычисленной с учетом температурной зависимости
средней

теплоѐмкости в интервале от 0
о
С до Т
пл
):

С0,7771,31
10
-
4
Т0,0545
10
-
6
Т
-
2
,

температурные зависимости средних массовых теплоѐмкостей
компонентов ос
новного март
еновского шлака выражается уравнениями:


4.

Внутренняя энергия, энтальпия, ра
б
ота, теплота, энтропия


дайте
определение им термодинамическим понятиям. Какие из этих
термодинамических функций зависят от пути процесса?

5.

Рассчитать изменение энтропии в процессе смешения 5 кг во
ды при 80
о
С с
10
кг

волы при 20
о
С. Удельную теплоѐмкость воды считать постоянной и
равной 4,184 Дж/г.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

РС
l
5(
г
)
=
РС
l
3(
г
)
С
l
2(
г
)
.


15


Вариант 22

1.

Истинная удель
ная теплоемкость алюминия выражается уравнением
:

.

Алюминий

плавится при 658,5°С, его скрытая удельная теплота плавления
равна 92,4 кал/г. Вычислить, сколько тепла потребуется на расплавление
500 г алюминия, если начальная темпер
атура была равна 25°С.

2.

В топке сгорает каменный уголь, содержащий 65% С. В топочных газах
содержится 13%мол С
O
2

и 1% СО; остальное
-
азот и кислород.
Определить теплоту сгорания
1

кг угля, если известно, что теплота
образования С
O
2

равна 940
52
кал/моль, а

теплота образования
CO

равна
26416 кал/моль.

3.

Чему равно изменение энтропии при переходе 1 моль азота от стандартных
условий к температуре 200
о
С и объему равному 50 л
?

4.

Плотности жидкого и твердого олова при температуре плавления 231,
9
о
С
)

соответственно ра
вны 6,988 и
7,184

г/см
3
. Теплота плавления олова равна
I
6
9
0
кал/моль. Определить температуру плавления олова под давлением
100

ат.

5.

Какие вопросы рассматриваются в химической термодинамике?

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандар
тным значениям энтальпии и энтропии
:

С
2
Н
4(
г
)
3О
2(
г
)
2СО
2(
г
)
2Н
2
О
(
ж
)
.


Вариант 23

1.

При 17
о
С 10 кг воздуха изотермически расширяются от 1,025
10
6

до
1,342
10
5

Па. Определить объемы в начале и конце процесса
расширения,
совершенную работу

Дж и количество подведенной теплоты.

2.

Теплота диссоциации
СаСО
3

на

СаО и С
O
2

при 900°С составляет
178,3кДж/моль. Теплоемкости веществ в Дж/моль К:


Вывести температурную зависимость теплового эфф
екта термической
диссоциации СаСО
з

и вычислить его значение при 1000
о
С.

3.

Математическая формулировка второго закона термодинамики.

4.

Сформулируйте основной закон термохимии. Его практическое
применение.

5.

Как измен
ится энтропия при нагревании
1

моль моноклинной

серы от 25
до
200
о
С,если удельная теплота

плавления моноклинной сер
ы
, 45,19 Дж/г
,
Тпл
=
119,
3
о
С, моляр
ные

теплоемкости жилкой серы
:

,

и твердой серы

.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 2
98 К по
16


стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

С
2
Н
5
ОН
(
ж
)
С
2
Н
4(
г
)
2Н
2
О
(
ж
)
.


Вариант 24

1.

При изотермическом процессе

к азоту, занимающему объем 500 л и
находяще
муся под давлением
4
,
182
10
6

Па
, подводится
2514

кДж теплоты.
Опреде
лить объ
ем и давление азота к концу процесса.

2.

Определить количество теплоты, выделяющейся при гашении 500 кг извести
водой, если


3.

Напишите уравнен
ие Кирхгофа в дифференциальной форме.
Проанализируйте уравнение.

4.

Являе
тся ли энтроп
ия критерием направления процесса и равновесия
?

Поясните

ответ.

5.

В
ычислить

А,
Q
,
Δ
Н,

Δ
U
,

Δ
G
,

Δ
F
,

Δ
S

для изотермического сжатия

1 моль
идеального
газа от
Р
1
=5,065
10
5

до Р
2
=
10
,13
10
5

Па при
5
00
о
С.

6.

Вычислить

стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

С
6
Н
6(
г
)
3Н
2(
г
)
С
6
Н
12(
ж
)
.


Вариант 25

1.

В цилиндри
ческом сосуде, закрытом невесомым поршнем. 1 куб.м.
водорода
находится при 0
о
С.
Вне
ш
нее давление
9,72
10
4

Па.
Какое
количество теплоты
п
о
требуется на нагревание водорода до 300
о
С?

2.

Доменный шлак имеет примерно состав масс.

до
ли, %: СаО 45,0;
А
l
2
О
3

15,0;
SiO
2

40,0.
Вы
ч
исли
ть

среднюю
м
ассовую теплоемкость доменного
шлака в и
нтервале т
емпе
ратур

0
-
500
о
С по правилу смешения и сравнить с
величиной, вычи
сленной с учетом те
мпературной зависимости средней
массовой теплоемкости до
менн
ого шлака в интервале 0
-
1360
о
С


3.

Температурные зависимости средних теплоемкостей
компонентов

доменного
ш
лака

выражаются уравнениями:


4.

Какие вопросы рассматривают 1 и 2 начала термодинамики?

Может ли
17


энтропия являться критерием направления процесса и равновесия.
Обоснуйте.

5.

Найти изменение энтропии при нагревании
1

моль к
адмия от 25 до 727
о
С,
если Тпл
321
о
С

и теплота плавления равна 6109 Дж/моль:


6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

Na
НСО
3(
т
)
=
Na
2
СО
3(
т
)
Н
2
О
(
г
)
СО
2(
г
)
.


Вариант 26

1.

Определить работу, необходимую для изотермного сжатия
1

кг

диоксида
углерода от 1,02
10
5

до 35,70
10
5

Па при 20
о
С.

2.

Пользуясь правилом аддитивности, рассчитать массовую теплоемкость
халькопирита
CuF
е
S
2
; пр
и 20
о
С и сравнить полученный результат с
табличной
в
е
л
ич
иной

0,542 кДж
/
(
кг К. Средняя массовая теплоемкость
меди
в

интервале 20
-
100
о
С
рав
на 0,394, серы ромбической 0,735, а железа
0,46 кДж
/
(
кг К.

3.

Особенности расширения идеального газа дня четырех процесс
ов:
изо
б
арно
го
, изохорного, изотермического и адиабатного.

4.

Что такое энтропия, ее физический смысл?

5.

Определить изменение энтропии при охлаждении 5 моль алюминия от 0 до

-
100
о
С. Средняя массовая теплоемкость алюминия в указанном интервале
температур 0,8129

Дж/г К.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

СН
4(
г
)
2Н
2
S
(
г
)
С
S
2(
ж
)
4Н
2(
г
)
.


Вариант 27

1.

Рассчитать тепловой эффект реакции

,

е
сли

теплоты образования
FeO

и
F
e
3
O
4

равны 263,7 и 1117,7 кДж/моль, а
теплота сгорания оксида углерода 283,4 кДж/моль. Рассчитать тепловой
эффект этой же реакции, используя величины
Δ
Н
f

.участвующих в реакции
веществ.

2.

Стандартная теплота образования
А
l
2
О
3
т

-
1675 кДж/моль. Рассчитать
тепло
ту

образования
А
l
2
О
3
т

при 600 К, пользуясь следующими
выражениями для молярных теплоемкостей:


3.

Напишите

математическое выражение
I

закона термодинамики. Проведите
его

анализ.

18


4.

Что такое энтропия,
ее свойства и физический смысл.

5.

Вычислить
A

Q
,
Δ
Н,
Δ
U
,
Δ
G
,
Δ
F
,

Δ
S

для изотермного сжатия
1

моль
идеального газа от

Р
1
=5,065
10
5

до Р
2
=10,13
10
5

Па при 500°С.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значен
иям энтальпии и энтропии
:

РС
l
5(
г
)
РС
l
3(
г
)
С
l
2(
г
)
.


Вариант 28

1.

Найти изменение внутренней энергии при испарении 0,2 кг этанола при
темпе
ра
туре его кипения под давлением
1,013
10
5

Па. Теплота
парообразования спирта

при температуре к
ипения равна 857,7 Дж/г, а
удельный объем пара равен 0
,
607 м
3
/кг
.

Объемом жидкости пренебречь.

2.

Стандартные теплоты образования
FeO
(
T
)
, СО
г

и С
O
2
г

соответственно
равны

267
,
3
;

-
110
,
5
;

-
393,5 кДж/моль. Определить количество теплоты,
которое выделится при
восстановлении 100 кг оксида железа
(
II
)

оксидом
углерода при 1200 К

и
P
=
const
, если молярные теплоемкости реагентов
равны:


3.

Сформулируйте основной закон термохимии.

4.

Математическая формулировка второго закона термодинамики.

5.

П
р
и
2
5
о
С энтропии ромбической и моноклинной серы соответственно
равны

31
,
88 и З
2,
55 Дж
/(
моль К, а теплоты образования равны 0,00 и
0,30кДж/моль.

Рассчитать
G

и
F

для процесса
S
ром
б


S
MOH

при 25
о
С.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

4СО
(
г
)
+2
S
О
2(
г
)
=
S
2(
г
)
4СО
2(
г
)
.


Вариант 29

1.

При начальных давлениях 1,013
10
5
Па, объеме 0,025 м
3

и постоянной
температуре 15°С воздух расширяется до объема 0,1

м
3
. Определить
работу, совершенную
газом, и его конечное давление.

2.

Теплота затвердевания кристаллог
идрата Са
С1
2
6
Н
2
0 при 29
о
С равна
:

-
170,3 Дж/г
,

а при
-
160
о
С равна нулю. Какова уд
ельная теплоемкость этого
соединения в жидком состоянии, если удельная теплоемкость в твердом
состоянии 1,433 Дж/г
К?

3.

Поясните, почему энтропия жидкого состояния одного и того же вещества
выше э
нтропии его твердого состояния

пр
и одной и той же температуре.

4.

Напишите уравнение Кирхгофа в дифференциальной форме.

5.

Энтропия 1 моль графита равна 5,74, алмаза 2,38 Дж/град при 25
о
С.
Теплота сгорания алмаза превышает теплоту сгорания
графита на 752 Дж.
19


Вычислить из
менение энергии Гиббса
при изотермном переходе графита в
алмаз. Какой вывод можно сделать из найденного результата?

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

2
Na
НСО
3(
т
)
=
Na
2
СО
3(
т
)
Н
2
О
(
г
)
СО
2(
г
)
.


Вариант 30

1.

При 0°С и н
ачальном давлении 5065 гПа 0,002 м
3

азота расширяются
изотерм
ически

до давления 1013

гПа. Вычислить работу и количество
поглощенной теплоты.

2.

Вычислить теплоту образования аммиака при 700°С, если при 25
о
С она
равна 46,19 кДж/моль, а молярные теплоемкости сл
едующие:


3.

Какие вопросы рассматриваются в химической термодинамике?

4.

Поясните круговой процесс Кар
н
о.

5.


Найти изменение энергии Гиббса при сжатии 1 моль бензола от
Р
1
1,013•10
5

до Р
2
=5,065

10
5
Па при 0°С, плотность бензола равна 0,8
79
г/см
3
. Сжимаемостью жидкости в указанном интервале давлений
пренебречь.

6.

Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса при 298 К по
стандартным значениям энтальпии и энтропии
:

Mg
СО
3(
ж
)
=
Mg
О
(
т
)
С
O
2(
г
)
.


20



Список литературы

1.

Бокштейн Б.С., Менделев М.И. Кра
ткий курс физической х
и
мии
.



М.: Че
-
ро, 1999.


230 с.


2.

Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия.


М.: Металлу
р
гия,
1987.


686 с.


3.

Киселева Е.В., Каретников Г.С., Кудряшов И.В. Сборник пр
и
меров и задач
по физической химии.


М.: Высшая школа, 198
3.


456 с.

1шт.

4.

Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия.


М.: Высшая школа,
2001.


527 с.

5.

Стромберг А.Г., Лельчук Х.А. Сборник задач по химич
е
ской
термодинамике.


М.: Высшая школа, 1988.


126

с.


6.

Краткий справочник ф
и
зико
-
химических величин

/
п
од редакцией
Мищенко К.П.


Л.: Химия, 1983.


231с.


7.

Физическая химия. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодин
а
мика: Уч.
Для вузов. /

п
од ред. К.С. Краснова.


3
-
е изд., испр.


М: Высш. школа,
2001.


512 с
.

8.

Физическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Электро
химия. Химическая кинетика и
к
а
тализ: Уч. Для вузов. /

п
од ред. К.С. Краснова.


3
-
е изд., испр.


М:
Высш. школа, 2001.


319 с.


21


Приложение
A


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВ
АНИЯ И НАУКИ РОССИЙС
КОЙ ФЕД
Е
РАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профе
с
сионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛ
И
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ



Механико
-
машиностроительный факультет

Кафедра «Металлургия черных металлов»







ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Самостоятельная работа №












Исполнитель:

студент гр. __
_______






подпись И.О.Фамилия










дата



Руководитель:

должность, ученая степень





подписьИ.О.Фамилия










дата






Юрга 20
__

22




ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА


Методические указания для самостоятельной работы по курсу
«
Физи
ческая хими
я
» для студентов
, обучающихся


по направлению 150400 «Металлургия»











Составител
ь
Родзевич
Александр Павлович






















Подписано к печати

2
6
.
02
.200
9

г.

Формат 60x84/16. Бумага офсетная

Плоская печать. Усл. печ. л.
1,28

Уч.
-
изд.л.

1,16

Т
ираж
20

экз. Заказ
983
. Цена свободная.

ИПЛ ЮТИ ТПУ.
Ризограф ЮТИ ТПУ.

652050. Юрга, ул. Московская, 17.


Приложенные файлы

  • pdf 4365707
    Размер файла: 539 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий