Передмова. Збірник задач з фізичної і колоїдної хімії для студентів всіх спеціальностей денної і заочної форм навчання

Додатки 22

Розчином. Закони Рауля 13

Вант-Гоффа 11

Передмова 4

Суми, 2012

Збірник задач з фізичної і колоїдної хімії для студентів всіх спеціальностей денної і заочної форм навчання.

УПОРЯДНИК: Сумський технікум харчової промисловості

Національного університету харчових технологій

УКЛАДАЧ: Мирошниченко Л.А., викладач фізичної і колоїдної

хімії Сумського технікуму харчової промисловості

Національного університету харчових технологій

Розглянуто і схвалено на засіданні

циклової комісії дисциплін

математичної та природничо - наукової

підготовки

протокол № від _________

Голова ______________С.Г.Яценко

ЗМІСТ

Глава 1. Агрегатні стани речовини 5

1.1. Газоподібний стан речовини 5

1.2. Рідкий стан речовини 7

Глава 2. Хімічна термодинаміка 9

Глава 3. Розчини 11

3.1. Осмотичний тиск розчинів. Закон

3.2. Тиск насиченої пари розчинника над

Глава 4. Хімічна кінетика 16

Глава 5. Колоїдний стан речовини.

Властивості колоїдних розчинів 18

Література 21

Важливою складовою частиною хімічної освіти студента-технолога харчової промисловості є вміння розв’язувати задачі, що забезпечує глибоке засвоєння матеріалу предмета та формує вміння самостійно використовувати набуті знання.

Наявність розрахункових задач в курсі фізичної та колоїдної хімії зумовлена необхідністю привиття майбутнім технологам навичок кількісних розрахунків та складання мотивованого судження про можливість прове-дення хімічних реакцій на практиці. Важливою метою уведення розрахун-кових задач в програму курсу є необхідність переконання студентів у тому, що розрахунок умов завжди передує спробі практичного здійснення хімічних процесів.

У даному посібнику розкрито науково обгрунтовану методику розв’я-зування задач, що створює оптимальні умови для формування творчого мислення, нестандартного підходу та вибору раціонального шляху розв’язу-вання розрахункових задач.

Навчально-методичний посібник розроблений для студентів технікумів харчової промисловості денної та заочної форм навчання, які вивчають курс фізичної та колоїдної хімії, тому його побудова відповідає структурі про-грами теоретичного курсу, а об’єкт знань, в основному, відповідає об’єму програмного матеріалу базових підручників.

Посібник містить задачі усіх типів, які охоплюють основні теми курсу. Короткий теоретичний вступ до тем, а також ретельно підібрані приклади типових задач, які студент має розв’язати самостійно, перш ніж приступити до виконання домашнього завдання, сприяють свідомому засвоєнню і закріпленню теоретичного матеріалу.

До кожної окремої теми наведено значну кількість задач. що дає мож-ливість вибрати ті з них, які найбільшою мірою відповідають програмі курсу, враховуючи спеціалізацію студентів, рівень підготовки тощо, допомагають оцінити ступінь засвоєння студентами теоретичного матеріалу.

До усіх задач, за винятком найпростіших, як правило, дані відповіді.

У таблицях додатків подано довідниковий матеріал, необхідний для роз-рахунків.

Посібник можна використовувати при вивченні окремих тем курсу, як методичний посібник для самостійної підготовки до практичних, контрольних, лабораторних робіт, підготовці до екзаменів. Значна кількість матеріалу дає змогу використовувати його в поточній навчальній діяльності на заняттях, а також скомплектувати потрібну кількість варіантів для проведення програмних контрольних робіт.

Залежно від рівня підготовки групи викладач має змогу диференці-йовано підходити до добору завдань, як для поточного, так і для тематичного оцінювання знань та вмінь студентів.

Тема 1. Агрегатні стани речовини.

1.1. Газоподібний стан речовини

1. Який об’єм (н.у.) займатиме газ при 50^оС та тиску 0,954 ∙ 10⁵ Па, якщо за нормальних умов він займає об’єм 0,4 ∙ 10^{-3 м3}?

2. Маса 0,327 ∙ 10^-3 м³ газу при 13^оС та тиску 1,040∙10⁵ Па становить 0,828 ∙ 10^-3 кг. Знайти молярну масу газу.

3. При 17 ^оС та тиску 1,040 ∙ 10⁵ Па маса 0,624 ∙ 10^-3 м³ газу дорівнює 1,56 ∙ 10^-3 кг. Знайти молекулярну масу газу.

4. Газ, густина якого за повітрям 0,6, знаходиться у посудині об’ємом 0,02 м³ під тиском 1,038 ∙ 10⁵ Па при 20^оС. Знайти масу газу.

5. Об’єм гумової камери автомобільної шини дорівнює 0,025 м³; тиск в ній 5,0665 ∙ 10⁵ Па. Визначити масу повітря, яке знаходиться у камері при 20^оС.

6. Розрахуйте молекулярну масу газу, якщо 7 ∙ 10^-3 кг його при 20^оС та 0,253 ∙ 10⁵ Па займають об’єм 22,18 ∙ 10^-3 м³.

7. Визначити масу пари толуолу у приміщенні об’ємом 30 м³ при 25^оС. Тиск пари толуолу при цій температурі дорівнює 2972 Па.

8. При якому тиску маса хлору (Cl₂) об’ємом 3 ∙ 10^-3 м³ становить 2,5 ∙ 10^-3 кг, якщо t = 23^оС?

9. Визначити тиск кисню, якщо 0,1 кг цього газу знаходиться у посудині об’ємом 0,02 м³ при 20^оС.

10. Яку масу CaCO₃ необхідно взяти, щоб отримати в результаті прожа-рювання оксид карбону (ІV), який при 15^оС та тиску 104000 Па займає об’єм 25 ∙ 10^-6 м³?

11. З 5 ∙ 10^-3 м³ кг хлорату калію KClO₃ отримали 0,7 ∙ 10^-3 м³ кисню, вимі-ряного при 20^оС та тиску 111900 Па. Визначити масову частку домішок у хлораті калію.

12. Який тиск викликає етилен масою 0,05 кг у посудині об’ємом 10^-2 м³ при -2^оС?

13. В 0,1 м³ повітря міститься 6 ∙ 10^-3 м³ ксенона. У якому об’ємі повітря (н.у.) міститься 10²⁵ молекул ксенона?

14. Молекула деякої газоподібної речовини має масу 1,2 ∙ 10^-25 кг. Виз-начити молекулярну масу речовини.

15. Скільки молекул СО₂ утворяться в результаті згорання 4 ∙ 10^-6 кг вуглецю?

16. Маса 10^-3 м³ газу (н.у.) становить 1,175 ∙ 10^-3 кг. Розрахувати мо-лекулярну масу газу та масу однієї молекули газу.

17. Маса 87 ∙ 10^-3 м³ пари при 62^оС та тиску 1,01 ∙ 10⁵ Па становить 0,24 ∙ 10^-3 кг. Розрахувати молекулярну масу речовини та масу однієї молекули.

18. Скільки молекул газу міститься в 1м³ газу при 32^оС у космосі при тиску 133,3 ∙ 10^-16 Па?

19. Визначте, у якому об’ємі аргона міститься 5 ∙ 10¹⁶ молекул при 20^оС та тиску 13333 Па.

20. Об’єм пари 0,2 ∙ 10^-3 кг речовини при 17^оС та тиску 10174,4 Па становить 48 ∙ 10^-6 м³. Знайти молекулярну масу та масу молекули цієї речовини.

21. Маса 200 мл ацетилену за н.у. дорівнює 0,232 г. Визначити мольну масу ацетилену.

22. Маса 0,001 м³ газу (0^оС; 101,33 кПа) становить 1,25 г. Розрахувати: а) мольну масу газу; б) масу однієї молекули газу.

23. Розрахувати мольну масу ацетону, якщо маса 500 мл його пари при 87^оС та тиску 96 кПа становить 0,93 г.

24. При 17^оС та тиску 104 кПа маса 624 мл газу дорівнює 1,56 г. Яка мо-лекулярна маса газу?

25. Який об’єм займає 1 кг повітря при 17^оС та тиску 101,33 кПа?

26.Газометр об’ємом 20 л заповнений газом. Густина цього газу за повіт-рям 0,40 тиск 103,3 кПа, температура 17^оС. Знайти масу газу.

27. Маса колби об’ємом 750 мл, заповненої киснем при 27^оС, становить 83,3 г. Маса пустої колби дорівнює 82,1 г. Визначити тиск кисню у колбі.

28. Розрахувати масу 1 м³ повітря при 17^оС та тиску 83,2 кПа.

29. Яку масу мають:

а) 2 л Н₂ при 15^оС та тиску 100,7 Па;

б) 1 м³ N₂ при 10^оС та тиску 102,9 кПа;

в) 0,5 м³ Cl₂ при 20^оС та тиску 99,9 кПа.

30. Бертолетова сіль при нагріванні розкладається на KCl та О₂. Скільки літрів кисню при 0^оС та тиску 101,3 кПа можна отримати з 1 моль KClO₃?

31. Який атмосферний тиск на вершині гори Казбек, якщо при 0^оС маса 1 л повітря дорівнює 700мг?

1. 2. Рідкий стан речовини

1. Розрахувати поверхневий натяг толуолу при 50° С, якщо маса 38 крапель його, випущених із сталагмометра, склала 1,4864 г. При випусканні води (при 50° С) маса 25 крапель її складає 2,6570 г.

2. Із сталагмометра при 24° С випускали послідовно воду та три різні розчини етанолу у воді. При цьому загальна маса випущених рідинвідповідала: 4,6386 г; 4,6162 г; 4,6218 г; 4,3918 г; а число крапель - 29, 41, 57, 75. Розрахувати поверхневий натяг кожного з трьох розчинів етанолу.

3. Розрахувати поверхневий натяг ацетону при 20° С, якщо у капілярній трубці радіусом 0,0234 см ацетон піднімається на висоту 2,56 см.

4. При вимірюванні поверхневого натягу методом П. Ребіндера середня різ-ниця висот рівнів рідин у манометрі при 30° С для води становить 8,8 см; для розчину етанолу 2,7 см. Розрахувати поверхневий натяг етанолу при t = 30° С.

5. При 14,8° С ацетилхлорид (р = 1124 кг/м³) піднімається в капілярній трубці радіусом 0,01425 см на висоту 3,28 см. При 46,2°С та ж сама рідина у тому ж капілярі піднімається на висоту 2,852 см, густина її при цьому дорівнює 1064 кг/м³. У скільки разів змінився поверхневий натяг ацетилхлориду при підвищенні температури від 14,8° С до 46,2° С?

6. Як змінився поверхневий натяг оцтової кислоти при нагріванні від 20°С до 80°С, якщо при вимірюванні поверхневого натягу методом П.Ребіндера се-редні значення різниць висот рівнів рідин у манометрі відповідно дорівню-вали 9,4 та 6,1 см?

7. При дослідженні поверхневого натягу розчину гліцерину при 20°С сталаг-мометричним методом кількість крапель води, випущених із сталагмометра до-рівнювала 45, а розчину гліцерину за тих же умов -15. Який поверхневий натяг має розчин гліцерину при 20° С?

8. Визначити поверхневий натяг амілового спирту, якщо кількість кра-пель води, випущених із сталагмометра при 20° С, складає 40, а амілового спир-ту - 58. Густина амілового спирту при 20° С дорівнює 0,815 г/см³.

9. Деяка кількість гептану протікає через віскозиметр за 839 с, а для такого ж об'єму води за тих же умов потрібно 2 хв. 21 с. Розрахувати динамічну в'язкість гептану при 20° С.

10. Густина олії при 50° С 1045 кг/м, а густина води - 988 кг/м. Олія про-тікає через віскозиметр за 2 хв. 30,6 с; а вода - за 14с при тій же тем-пературі. Яку в'язкість (динамічну) має олія при 50° С?

11. Яку в'язкість має розчин спирту при 22° С, якщо він протікає через віскозиметр за 6 хв. 38 с, а для такого ж об'єму води за однакових умов потрібно 1 хв. 45с? Густина розчину спирту при 22° С в системі СІ 809 кг/м³.

12. Динамічна в'язкість води при 25° С дорівнює 0,894 мПа∙-с. Яка кіне-матична в'язкість води при цій температурі?

13. Динамічна в'язкість бензолу при температурі кипіння дорівнює 0,317 мПа∙с, а густина - 815 кг/м³. Яка кінематична в'язкість бензолу в умовах кипіння?

14. У скільки разів зміниться швидкість спливання шлаків в сталі, якщо радіус частинок шлаку збільшити у 1,6 р.?

15. У скільки разів зменшиться швидкість спливання неметалічних шлаків в сталі, якщо замість марганцю в якості розкиснювача використовувати алю-міній? Густина сталі 7600 кг/м³; оксиду мангану (II) 5400 кг/м³; оксиду алю-мінію 4000 кг/м³.

Глава 2. Хімічна термодинаміка.

1. Скільки теплоти виділиться при спалюванні 1 л водню (н.у.) якщо ΔH^oН₂O(г) становить – 285,8 кДж/моль.

2. При спалюванні 4 г сірки виділяється 36,72 кДж теплоти. Обчислити теплоту утворення оксиду сульфуру (ІV).

3. Теплота утворення хлороводню з простих речовин 92,05 кДж. Скільки теплоти виділяється при утворенні 5,6 л хлороводню (н.у.)?

4. При утворенні 2 л бромоводню (н.у.) з простих речовин виділяється 3,16 кДж теплоти. Обчислити теплоту утворення 1 моль НBr.

5. Теплота утворення оксиду карбону (ІІ) 110,35 кДж. Скільки теплоти ви-ділиться при спалюванні 0,5 моль СО?

6. Складіть термохімічне рівняння горіння цинку в кисні, якщо в резуль-таті спалювання 1,3 г цинку виділилося 6,98 кДж тепла.

7. В результаті спалювання сірки в кисні утворилося 5,6 л SO₂ та виділи-лося 38,8 кДж тепла. Складіть термохімічне рівняння реакції.

8. Розрахувати стандартну теплоту утворення бензолу за теплотами зго-рання водню, вуглецю та бензолу.

9. Розрахувати стандартну теплоту утворення СS₂, якщо відомо:

СS₂(р) + 3О₂ = СО₂(г) + 2SО₂(г); ΔН^о = - 1075 кДж/моль

10. Визначити ΔH^o₂₉₈ хлориду амонію, якщо для реакції:

NH₃(г) + HCl(г) = NH₄Cl(k); ΔH^o₂₉₈ = - 176,93 кДж/моль

11. В результаті розчинення 16 г карбіду кальцію (СаС₂) у воді виділяється 31,3 кДж тепла. Визначити стандартну теплоту утворення продукту реакції Са(ОН)₂.

12. Розрахувати стандартну теплоту утворення сахарози С₁₂Н₂₂О₁₁, якщо тепловий ефект реакції

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 12О₂ = 12СО₂ + 11Н₂О(р) дорівнює – 5694 кДж.

13. Скільки теплоти виділиться в результаті розкладання 54 г глюкози за рівнянням реакції: С₆Н₁₂О₆(к) = 2С₂Н₅ ОН(р) + 2СО₂(г), якщо:

ΔH^o₂₉₈С₆Н₁₂О₆(к) = - 1273 кДж/моль;

ΔH^o₂₉₈С₂Н₅OН(р) = - 277,6 кДж/моль;

ΔH^o₂₉₈ СО₂(г) = - 393,5 кДж/моль

14. За стандартними теплотами утворення реагуючих речовин розрахувати тепловий ефект реакції:

Al₂О₃(k) + 3SO₃(г) = Al₂(SO₄)₃(k)

15. Розрахувати стандартні ентальпії процесів перетворення глюкози, які відбуваються в організмі людини:

а) С₆Н₁₂О₆(к) = 2С₆Н₅ОН(р)+ 2СО₂; ΔH^o₂₉₈;

б) С₆Н₁₂О₆(к) + 6О₂(г) = 6СО₂(г) + 6Н₂О(р); ΔH^o₂₉₈

16. Рівні об’єми водню та ацетилену спалили з утворенням Н₂О(г) за одна-кових умов. В якому випадку виділиться більше тепла? У скільки разів?

17. За термохімічним рівнянням реакції розрахувати стандартну ентальпію утворення метанолу:

СН₃ОН(р) + 3/2О₂(г) = СО₂(г) + Н₂О(р); ΔH^o = - 726,5 кДж/моль

18. Знайти стандартну ентальпію згорання етану в озоні, якщо стандартні ентальпії утворення С₂Н₆, СО₂, Н₂О(г) та О₃ дорівнюють відповідно: - 85; - 394; - 242 та + 142 кДж/моль.

19. ΔH^o_утв (СО) = - 110 кДж/моль, а під час згорання 56 г його виділяється 566 кДж тепла. Обчислити ΔH^o_утв (СО₂).

20. Під час відновлення 12,7 г СuО вугіллям (з утворенням СО) погли-нається 8,24 кДж тепла. Визначити ΔH^o утворення (СuО), якщо ΔH^o_утв (СО) = - 110 кДж/моль.

21. Відшукати стандартну ентальпію реакції добування заліза алюмотер-мічним способом, використовуючи табличні дані: ΔH^o_утв (Al₂O₃) = - 1676 кДж/моль; ΔH^o_утв (Fe₂O₃) = - 822 кДж/моль.

Глава 3. Розчини.

Дата добавления: 2015-05-24