Методические указания и контрольные задания для учащихся заочников по специальности 2 48 01 35 «Переработка нефти и газа» Новополоцк (стр. 5 из 15)
Пример: Вычислите константу равновесия К
при 25 ºС и 101325 Па для реакции2Н2S(г) + SО2(г) D 2Н2О(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) + 3Н2О(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 Н3ВО3; 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 С6Н12О6 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 Н2SО4 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 Н2SО4, или 367,2 : : 49 = 7,5 г-экв. Следовательно, раствор серной кислоты 7,5 н.Пример 8. Имеется раствор серной кислоты с массовой долей Н2SО4 0,1 (10 %). Вычислите молярность этого раствора.
Решение: В 100 г раствора серной кислоты содержится 10 г Н2SО4 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 Н2SО4 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 С2Н5ОН и 60 г воды. Вычисляем количество молей спирта и воды:
nb = 40/46 = 0,87 моль С2Н5ОН; nа = 60/18 = 3,33 моль Н2О
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 =
= 
= 1,401Соль 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.