Порядок выполнения семестровых работ

МНОГОВАРИАНТНЫЕ СЕМЕСТРОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Тема и вариант семестрового задания задаются преподавателем с указанием срока выполнения работы.

2. При необходимости справочные данные могут быть согласованы с преподавателем.

3. Расчеты и оформление работы выполняются вручную.

4. Семестровая работа оформляется на листах формата А4.

5. На титульном листе указываются наименование университета, кафедры, выполняемой работы с указанием темы; номер варианта; фамилия и инициалы студента, группа, в которой обучается студент; должность, фамилия и инициалы преподавателя. Внизу титульного листа указывается год выполнения семестровой работы.

6. В работе должны быть приведены в форме таблиц необходимые справочные данные, пояснения, расчетные формулы. Графики могут быть выполнены на миллиметровой бумаге. Разрешается выполнение графиков на компьютере с приложением соответствующих распечаток.

7. По предложению преподавателя возможна проверка расчетов на компьютере в компьютерном классе кафедры (ауд. ГУК–305) с получением распечатки результатов расчета.

8. Семестровая работа оценивается преподавателем после ее проверки и опроса по соответствующим темам курса физической химии.

6.2. Семестровое задание № 1. “Термодинамика химических реакций”

При выполнении семестровой работы изучается и используется материал, изложенный в разделах 1.3; 1.4; 1.5.2; 1.5.3; 1.6 главы 1 настоящего пособия; примеры решения задач 1.7; 1.14; 1.15, 1.18, 1.19.

Для химической реакции заданного варианта (табл. 6.1), протекающей при P = const (ключевая температура Т задается преподавателем из одного из столбцов данного варианта):

1) вывести аналитическую зависимость изменения теплоемкости от температуры ∆С_р = f(T), рассчитать ∆С_р при 5 температурах (К): 298, указанной в таблице температуре Т и трех температурах, взятых из интервала (298÷ Т); по полученным данным построить график зависимости ∆С_р = f(T);

2) рассчитать изменение энтальпии (тепловой эффект реакции при Р = const) по теплотам образования веществ, изменение энтропии, изменение свободной энергии Гиббса при стандартных условиях (∆Н^о₂₉₈, ∆S^о₂₉₈, ∆G^о₂₉₈);

3) вывести аналитическую зависимость изменения энтальпии от температуры ∆Н^о_T = f(Т), рассчитать изменение энтальпии при тех же температурах, которые указаны в п. 1, построить график зависимости ∆Н^о_T = f(Т);

4) рассчитать ∆S⁰_T; ∆G⁰_T при заданной температуре Т;

5) рассчитать константу равновесия (К^о) при температуре 298 К и при заданной температуре Т.

6) записать закон действующих масс для химической реакции.

На основании проведенных расчетов сделать следующие выводы:

1) какая это реакция – экзо- или эндотермическая (выделяется или поглощается теплота при прохождении реакции);

2) как влияет температура на величину теплового эффекта реакции;

3) в какую сторону смещено химическое равновесие при заданных температурах (298 К и Т);

4) как влияет температура на положение равновесия (на константу равновесия);

5) как влияет давление на положение равновесия.

Выводы должны быть обоснованы с привлечением соответствующих законов (уравнения Кирхгофа, принципа Ле-Шателье, уравнения изобары Вант-Гоффа).

При расчетах должно быть учтено фазовое состояние веществ, участвующих в химической реакции (фазовое состояние отдельных веществ указано в табл. 6.1, остальные вещества принять находящимися в газообразном или жидком состоянии).

Таблица 6.1

Вариант	Химическая реакция	Варианты ключевых температур (Т, К)
	H2 + F2 = 2 HF
	H2 + Cl2 = 2 HCl
	H2 + Br2 = 2 HBr
	H2 + I2 = 2 HI
	2 H2 + O2 = 2 H2O
	2 CO + O2 = 2 CO2
	CO + Cl2 = COCl2
	C(графит) + S2 = CS2
	N2 + O2 = 2 NO
	2 NO2 = 2 NO + O2
	N2 + 3 H2 = 2 NH3
Продолжение табл. 6.1
Вариант	Химическая реакция	Варианты ключевых температур (Т, К)
	S2 + 2 O2 = 2 SO2
	2 SO2 + O2 = 2 SO3
	2 H2 + S2 = 2 H2S
	PCl3 + Cl2 = PCl5
	2 H2O = 2 H2 + O2
	С2H2 + H2 = C2H4
	C3H6 + H2 = C3H8 пропен пропан
	C4H8 = C4H6 + H2 1-бутен 1,2-бутадиен
	C4H8 + H2 = C4H10 1-бутен бутан
	C6H6 + 3 H2 = C6H12 бензол циклогексан
	CO + 2 H2 = CH3OH метанол
	CH2O + H2 = CH3OH формальдегид метанол
	CHCl3 + Cl2 = = CCl4 + + HCl
	CH3Cl + 2 Cl2 = = CHCl3 + 2 HCl
	C2H4 +H2O = C2H5OH этилен этанол
	2 NO + O2 = 2 NO2
	C2H4 + H2 = C2H6
	2 NO + O2 = 2 NO2
	CH3CHO + H2 = С2H5OH ацетальдегид этанол
	CH4+CO2= СH3COOH уксусная кислота
	2 H2 + CO2 = H2O + + CH2O формальдегид
	CO2 + H2 = HCOOH муравьиная кислота
Окончание табл. 6.1
Вариант	Химическая реакция	Варианты ключевых температур (Т, К)
	CO + H2O = HCOOH муравьиная кислота
	CO2 + 3 H2 = = CH3OH + H2O метанол
	C2H6+CO=CH3COCH3 этан ацетон
	SO2 + Cl2 = SO2Cl2
	C2H6 = C2H4 + H2
	Ca(OH)2(тв.) = CaO(тв.) + + H2O
	CaCO3(тв.) = CaO(тв.) + + CO2
	Mg(OH)2(тв.) =MgO(тв.) + + H2O
	S + 2 CO2 = SO2+ 2 CO
	MgCO3(тв.) = MgO(тв.) + + CO2
	CO2 + 4 H2 = CH4 + + 2 H2O
	2 CO + 2 H2 = CH4 + + CO2
	CO2 + H2 = CO + H2O
	4 HCl + O2 = 2 H2O + + 2 Cl2
	2 N2 + 6 H2O = 4 NH3+ + 3 O2
	CO + 3 H2 = CH4 + + H2O
	SnO2(тв.) + 2 H2 = 2 H2O+ + Sn(тв.)

6.3. Семестровое задание № 2 (комплекс задач)

6.3.1. Расчет концентрации растворов

Материал для решения данной задачи представлен в разделе 2.1 главы 2 настоящего пособия (пример решения 2.1).

Для растворов веществ А и В заданной массовой концентрации (%), имеющих плотность ρ (г/см³) при Т = 293 К (табл. 6.2) определить:

1) молярную концентрацию – число молей растворенного вещества в 1 л раствора;

2) моляльную концентрацию – количество молей растворенного вещества, приходящееся на 1000 г растворителя в растворе;

3) молярные доли компонентов в растворе;

4) количество молей растворителя, приходящееся на 1 моль растворенного вещества.

Таблица 6.2

Вариант	Компоненты раствора	Массовое содержание компонента А, %	Плотность раствора ρ, г/см^3
А	В
	HNO3	H2O		1,031
	HNO3	H2O		1,115
	HNO3	H2O		1,167
	HNO3	H2O		1,246
	HNO3	H2O		1,310
	H2SO4	H2O		1,052
	H2SO4	H2O		1,095
	H2SO4	H2O		1,124
	H2SO4	H2O		1,170
	H2SO4	H2O		1,219
	H2SO4	H2O		1,303
	HCl	H2O		1,018
	HCl	H2O		1,047
	HCl	H2O		1,078
	HCl	H2O		1,098
	HCl	H2O		1,119
	HCl	H2O		1,179
	H3PO4	H2O		1,031
	H3PO4	H2O		1,053
	H3PO4	H2O		1,076
Окончание табл. 6.2
Вариант	Компоненты раствора	Массовое содержание компонента А, %	Плотность раствора ρ, г/см^3
А	В
	H3PO4	H2O		1,101
	H3PO4	H2O		1,140
	HBr	H2O		1,258
	CH3COOH	H2O		1,006
	CH3COOH	H2O		1,026
	CH3COOH	H2O		1,044
	CH3COOH	H2O		1,053
	HCOOH	H2O		1,037
	HCOOH	H2O		1,061
	HCOOH	H2O		1,096
	NaOH	H2O		1,065
	NaOH	H2O		1,131
	NaOH	H2O		1,285
	NaOH	H2O		1,349
	KOH	H2O		1,062
	KOH	H2O		1,082
	KOH	H2O		1,137
	KOH	H2O		1,196
	KOH	H2O		1,361
	AgNO3	H2O		1,069
	BaCl2	H2O		1,092
	CaCl2	H2O		1,031
	CaCl2	H2O		1,281
	CuSO4	H2O		1,107
	FeCl3	H2O		1,049
	KCl	H2O		1,050
	MgSO4	H2O		1,219
	Na2CO3	H2O		1,019
	ZnCl2	H2O		1,089
	ZnSO4	H2O		1,378

6.3.2. Расчет теплоты испарения и давлений насыщенного пара индивидуальных веществ

Материал для решения данной задачи представлен в разделе 1.7 главы 1 настоящего пособия (пример 1.22).

Рассчитать теплоту испарения вещества и его давление насыщенного пара при температуре Т₃, если известны давления насыщенного пара Р₁ и Р₂ при температурах Т₁ и Т₂, соответственно (табл. 6.3).

Таблица 6.3

Вариант	Т1, К	Р1, Па	Т2, К	Р2, Па	Т3, К
	272,2	533,2	283,2	982,0	300,0
	275,2	656,0	288,3	1610,0	315,0
	260,0	23327,0	270,0	31860,0	290,0
	265,0	27190,0	278,0	40290,0	345,0
	60,0	12663,0	69,0	31992,0	75,0
	105,0	17329,0	112,0	29653,0	120,0
	114,0	34738,0	116,0	46435,0	110,0
	273,2	4786,0	298,2	12697,0	285,0
	282,5	6665,0	306,7	16396,0	300,0
	312,5	18929,0	316,5	21328,0	325,0
	190,0	31192,0	200,0	46655,0	220,0
	196,0	38657,0	215,0	69476,0	235,0
	207,0	55986,0	221,0	77314,0	240,0
	220,0	648480,0	239,0	1005114,0	270,0
	212,0	592751,0	223,0	674824,0	300,0
	223,0	674824,0	241,0	1065237,0	290,0
	277,2	1826,0	281,4	2372,0	350,0
	285,2	2932,0	288,7	3279,0	340,0
	236,0	63315,0	249,0	86645,0	295,0
	246,0	78647,0	252,5	96942,0	310,0
	1832,0	187,0	1905,0	387,0	2050,0
Окончание табл. 6.3
Вариант	Т1, К	Р1, Па	Т2, К	Р2, Па	Т3, К
	1956,0	573,0	2040,0	973,0	2100,0
	303,0	37724,0	311,0	51729,0	400,0
	293,0	26660,0	316,0	63317,0	370,0
	275,2	4000,0	278,2	4530,0	300,0
	275,7	4878,0	285,2	6932,0	420,0
	363,3	186,6	395,2	733,1	450,0
	219,0	55319,0	229,0	75981,0	350,0
	248,0	1046,0	364,0	1656,0	420,0
	446,0	47000,0	460,0	55986,0	520,0
	448,0	47454,0	470,0	63317,0	600,0
	451,0	49987,0	480,0	71345,0	550,0
	244,0	1200,0	270,0	2465,0	350,0
	253,0	1319,0	282,0	3865,0	400,0
	286,0	4398,0	244,0	1200,0	500,0
	490,0	5332,0	612,0	101308,0	750,0
	504,0	8020,0	552, 0	26600,0	620,0
	523,0	13300,0	583,0	53320,0	740,0
	552,0	26600,0	490,0	5332,0	800,0
	373,0	10662,0	388,0	12397,0	298,0
	392,0	13997,0	397,0	16929,0	300,0
	373,0	10662,0	401,0	19462,0	450,0
	354,0	1266,0	369,0	4066,0	320,0
	369,0	4066,0	374,0	5400,0	480,0
	145,0	8664,0	151,0	15996,0	200,0
	283,0	6250,0	292,0	8200,0	350,0
	250,0	88970,0	265,0	120510,0	298,0
	1920,0	410,0	1980,0	765,0	2100,0
	310,0	49180,0	315,0	59970,0	400,0
	205,0	59410,0	220,0	75360,0	450,0

6.3.3. Расчет термодинамических характеристик химической реакции, проходящей в гальваническом элементе

Материал для решения задачи представлен в разделе 3.3 главы 3 настоящего пособия (пример 3.15).

Для реакции, протекающей обратимо в гальваническом элементе, дано уравнение зависимости ЭДС от температуры (табл. 6.4). При заданной температуре Т вычислить ЭДС Е, изменение энергии Гиббса ΔG, изменение энтальпии ΔН, изменение энтропии ΔS, изменение энергии Гельмгольца ΔF (ΔA) и теплоту Q, выделяющуюся или поглощающуюся в этом процессе (указать, выделяется или поглощается теплота при работе рассматриваемого гальванического элемента). Расчет производится для 1 моля реагирующего вещества.

Таблица 6.4

Вариант	Реакция	Уравнение Е = f(T)	Температура Т, К
	C6H4O2 + 2H^+ = = C6H4(OH)2 + 2e	Е = 0,6990 – 7,4·10^-4(Т – 298)
	C6H4O2 + 2H^+ = = C6H4(OH)2 + 2e	Е = 0,6990 – 7,4·10^-4(Т – 298)
	C6H4O2 + 2H^+ = = C6H4(OH)2 + 2e	E = 0,6990 – 7,4·10^-4(T – 298)
	C6H4O2 + 2H^+ = = C6H4(OH)2 + 2e	E = 0,6990 – 7,4·10^-4(T – 298)
	Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag	E = 1,25 – 4,02·10^-4 · Т
	Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag	E = 1,25 – 4,02·10^-4 · Т
	Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag	E = 1,25 – 4,02·10^-4 · Т
	Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag	E = 1,25 – 4,02·10^-4 · Т
	Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg	E =1,4328 – 1,19·10^-3(T – 298)
	Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg	E = 1,4328– 1,19·10^-3(T – 298)
	Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg	E =1,4328 – 1,19·10^-3(T – 298)
	Zn + Hg2SO4 = = ZnSO4 + 2Hg	E =1,4328 – 1,19·10^-3(T – 298)
	Ag + Cl^- = AgCl	Е = 0,2224 – 6,4·10^-4(Т – 298)
Окончание табл. 6.4
Вариант	Реакция	Уравнение Е = f(T)	Температура Т, К
	Ag + Cl^- = AgCl	Е = 0,2224 – 6,4·10^-4(Т – 298)
	Ag + Cl^- = AgCl	Е = 0,2224 – 6,4·10^-4(Т – 298)
	Ag + Cl^- = AgCl	Е = 0,2224 – 6,4·10^-4(Т – 298)
	Cd + Hg2SO4 = CdSO4 + 2Hg	Е =1,0183 – 4,06·10^-5(T – 293)
	Cd + Hg2SO4 = CdSO4 + 2Hg	Е =1,0183 – 4,06·10^-5(T – 293)
	Cd + Hg2SO4 = CdSO4 + 2Hg	Е =1,0183 – 4,06·10^-5(T – 293)
	Cd + Hg2SO4 = CdSO4 + 2Hg	Е =1,0183 – 4,06·10^-5(T – 293)
	Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag	E = 0,869 – 6,5·10^-4·T
	Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag	E = 0,869 – 6,5·10^-4·T
	Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag	E = 0,869 – 6,5·10^-4·T
	Cd + 2AgCl = CdCl2 + Ag	E = 0,869 – 6,5·10^-4·T
	Cd + PbCl2 = CdCl2 + Pb	E = 0,331 – 4,8·10^-4·T
	Cd + PbCl2 = CdCl2 + Pb	E = 0,331 – 4,8·10^-4·T
	Cd + PbCl2 = CdCl2 + Pb	E = 0,331 – 4,8·10^-4·T
	Cd + PbCl2 = CdCl2 + Pb	E = 0,331 – 4,8·10^-4·T
	2Hg + ZnCl2 = Hg2Cl2 + Zn	E = 1 + 9,4·10^-5(T – 288)
	2Hg + ZnCl2 = Hg2Cl2 + Zn	E = 1 + 9,4·10^-5(T – 288)
	2Hg + ZnCl2 = Hg2Cl2 + Zn	E = 1 + 9,4·10^-5(T – 288)
	2Hg + ZnCl2 = Hg2Cl2 + Zn	E = 1 + 9,4·10^-5(T – 288)
	2Hg + SO4^2–= Hg2SO4 + 2e	E =0,6151 – 8,02·10^-4(T – 298)
	2Hg + SO4^2–= Hg2SO4 + 2e	E =0,6151 – 8,02·10^-4(T – 298)
	2Hg + SO4^2–= Hg2SO4 + 2e	E =0,6151 – 8,02·10^-4(T – 298)
	2Hg + SO4^2–= Hg2SO4 + 2e	E =0,6151 – 8,02·10^-4(T – 298)
	Pb + 2AgI = PbI2 + 2Ag	E = 0,259 – 1,38·10^-4·T
	Pb + 2AgI = PbI2 + 2Ag	E = 0,259 – 1,38·10^-4·T
	Pb + 2AgI = PbI2 + 2Ag	E = 0,259 – 1,38·10^-4·T
	Pb + 2AgI = PbI2 + 2Ag	E = 0,259 – 1,38·10^-4·T
	2Hg + 2Cl^- = Hg2Cl2 + 2e	E = 0,2438 – 6,5·10^-4(T – 298)
	2Hg + 2Cl^- = Hg2Cl2 + 2e	E = 0,2438 – 6,5·10^-4(T – 298)
	2Hg + 2Cl^- = Hg2Cl2 + 2e	E = 0,2438 – 6,5·10^-4(T – 298)
	2Ag + Hg2Cl2 = 2AgCl + 2Hg	E = 0,556 – 3,388·10^-4·T
	2Ag + Hg2Cl2 = 2AgCl + 2Hg	E = 0,556 – 3,388·10^-4·T
	Hg2Cl2 + 2KOH = = Hg2O + 2KCl + H2O	E = 0,0947 – 8,37·10^-4·T
	Hg2Cl2 + 2KOH = = Hg2O + 2KCl + H2O	E = 0,0947 – 8,37·10^-4·T
	Hg2Cl2 + 2KOH = = Hg2O + 2KCl + H2O	E = 0,0947 – 8,37·10^-4·T
	Pb + Hg2Cl2 = PbCl2 + 2Hg	E = 0,5353 – 1,45·10^-4·T
	Pb + Hg2Cl2 = PbCl2 + 2Hg	E = 0,5353 – 1,45·10^-4·T

6.3.4. Расчет кинетических характеристик химической реакции

При выполнении задания изучается и используется материал, изложенный в разделе 4 настоящего пособия (примеры 4.1; 4.3; 4.5).

По значениям констант скоростей К₁ и К₂ при двух температурах Т₁ и Т₂, представленных в табл. 6.5, определить:

– энергию активации указанной реакции;

– константу скорости реакции при температуре Т₃ ;

– температурный коэффициент константы скорости реакции γ;

– установить подчиненность данной реакции правилу Вант–Гоффа;

– период полупревращения (период полураспада);

– концентрацию реагентов и израсходованное количество вещества за время t при температуре Т₃. если исходная концентрация равна с _о (табл. 6.5).

Принять, что порядок реакции и молекулярность совпадают,

а константы скорости К имеют следующие размерности:

для реакций первого порядка – мин^–1;

для реакций второго порядка – л·моль^–1 · мин^–1.

Таблица 6.5

Вариант	Реакция			Т 1, К	Т2, К	Т3, К	Время t, мин	Со, моль/л
	H2+Br2 ® 2 HBr	0,0856	0,00036	574,2	497,2	483,0		0,03
	H2+Br2 ® 2 HBr	0,0159	0,0026	550,0	524,0	568,0		0,10
	H2+I2 ® 2 HI	0,00146	0,0568	599,0	672,0	648,0		1,83
	H2+I2 ® 2 HI	0,0859	0,375	683,0	716,0	693,0		1,83
	2 HI ® H2 + I2	9,42*10^-7	0,0031	456,0	700,0	923,0		2,38
	2 HI ® H2 + I2	8,09*10^-5	0,1259	628,0	780,0	976,0		1,87
	2 NO ® N2 + O2			1526,0	1251,0	1423,0		2,83
	2 N2O ® 2 N2 + O2	6,72		986,0	1165,0	1059,0		1,75
	N2O5 ® N2O4 + 1/2 O2	0,00203	0,000475	298,0	288,0	338,0		0,93
	PH3 ® P + 3/2 H2	0,0183	0,0038	953,0	918,0	988,0		0,87
	SOCl2 ® SO2 + Cl2	6,09*10^-5	0,00132	552,0	593,0	688,0		2,50
	C2H5ONa + C2H5I ® C2H5OC2H5 + NaI	1,0	7,15	283,0	305,0	383,0		1,67
	CO + H2O ® CO2 + H2	0,00032	0,00815	288,0	313,0	303,0		3,85
	COCl2 ® CO + Cl2	0,0052	0,00676	655,0	745,0	698,0	104,5	0,80
	C2H5ONa + CH3I ® C2H5OCH3 + NaI	0,0336	2,125	273,0	303,0	288,0		0,87
	CH2OHCH2Cl+KOH®CH2OHCH2OH + KCl	0,68	5,23	298,0	317,0	303,0		0,96
Продолжение табл. 6.5
Вариант	Реакция	К1	К2	Т 1, К	Т2, К	Т3, К	Время t, мин	С0,моль/л
	CH2ClCOOH+H2O® CH2OHCOOH+ HCl	2,22*10^-5	0,00237	353,0	403,0	423,0		0,50
	CH3CO2C2H5+NaOH®CH3CO2Na + C2H5OH	2,306	21,65	282,0	318,0	343,0		0,95
	CH3CO2CH3+H2O ® CH3COOH + CH3OH	0,029	1,04	273,0	298,0	285,0		3,89
	C6H5CH2Br + + C2H5OH® C6H5CH2OC2H5+ HBr	1,44	2,01	298,0	338,0	318,0		2,67
	C12H22O11 + H2O ® C6H12O6 + C6H12O6	0,765	36,5	298,0	328,0	313,0		2,60
	CH3C6H4N2Cl+H2O ® CH3C6H4OH +N2+HCl	0,0066	0,165	298,0	313,0	353,0		0,65
	NaBO3 + H2O ® NaH2BO3 + 1/2O2	0,00125	0,105	288,0	313,0	365,0		1,55
	2H2O2 ® H2O +1/2 O2	0,125	5,88	273,0	298,0	303,0		1,58
	2NCl3 ® N2 + 3/2 Cl2	2,53	10,88	298,0	313,0	353,0	12,5	6,5

Дата добавления: 2017-01-14