Физическая химия: Задание на контрольную работу

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра химии и охраны окружающей среды

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Факультет технологии веществ и материалов Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 651700 – материаловедение, технологии материалов и покрытий 120800 – материаловедение в машиностроении Направление подготовки бакалавра 551600 – материаловедение и технология новых материалов

Санкт-Петербург 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 541.1 Физическая химия: Задание на контрольную работу. – СПб.: СЗТУ, 2004. – 8 с. Задание на контрольную работу разработано в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлениям подготовки дипломированного специалиста 651700 – «Материаловедение, технологии материалов и покрытий» (специальность 120800 – «Материаловедение в машиностроении») и направлению подготовки бакалавра 551600 – «Материаловедение и технология новых материалов». Издание предназначено для студентов 2 курса очно-заочной и заочной форм обучения и охватывает два основных раздела дисциплины: химическая термодинамика и фазовые равновесия.

Рассмотрено на заседании кафедры химии и охраны окружающей среды 21 июня 2004 г.; одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов

июня 2004 г.

Рецензенты: Л. Р. Пальтиель, канд. хим. наук, доц. кафедры химии и охраны окружающей среды СЗТУ; С. Г. Изотова, канд. хим. наук, доц. кафедры физической химии СПбТИ (ТУ).

Составители: Г. С. Зенин, д-р техн. наук, проф.; В. Е. Коган, д-р хим. наук, проф.; Н. В. Пенкина, д-р хим. наук, проф.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

2

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ Общие указания Выполнение контрольной работы является необходимым этапом работы студента при изучении курса физической химии. Контрольная работа состоит из комбинированных задач, к решению которых следует приступать только после усвоения соответствующих разделов дисциплины, изучив материал по программам и учебникам, рекомендованным в рабочей программе. При решении задач следует использовать справочные данные: 1. «Краткий справочник физико-химических величин под ред. A. А. Равделя и А. М. Пономаревой, СПб: Специальная литература, 1998»; 2. Internet: http://www.de.nwpi.ru/umd/tvim/hioos/index.html Выбор варианта задачи производится в соответствии с двумя последними цифрами шифра и числом вариантов задачи. Если число, образованное двумя последними цифрами шифра, меньше или равно числу вариантов задачи, то надо решать задачу, номер варианта которой равен последним двум цифрам шифра. Например, если последние цифры шифра 12, то надо выполнять задачу варианта 12. В том случае, когда число, образованное из последних двух цифр, больше числа вариантов задачи, то от этого числа (или от 100, если последние две цифры шифра 00) следует вычитать число вариантов задачи до тех пор, пока не получится число, меньшее или равное числу вариантов задачи. Например, если последние цифры шифра 58, а число вариантов задачи 18, то выполняется задача варианта 4 ( 58 − 18 − 18 − 18 = 4 ), если же число вариантов 29, то выполняется задача варианта 29 (58–29=29).

3

Задача 1 (23 варианта) 1. При температуре T, K, и давлении p, бар, рассчитать (с использованием средних теплоемкостей c p0 ) константу равновесия Kp реакции (см. таблицу) и состав равновесной смеси, если числа молей веществ в исходной смеси равны их стехиометрическим коэффициентам. 2. Объяснить, в какую сторону сместится равновесие анализируемой реакции: а) при повышении температуры; б) при повышении давления. Таблица к задаче 1 № п/п 1 2

3

T, K

Реакция

C2 H 4 + H 2O = C2 H 5OH

p, бар

2NO = N 2 + O2

600 500

10,13 1,013

C4 H10 = C4 H 8 + H 2

800

1,013 1,013 4,052

бутан

циклобутан

4 5

CO + H 2O = CO2 + H 2 CO + Cl2 = COCl2

600 900

6

2 H 2 S = 2 H 2 + S2

500

1,013

7

FeO(кр) + H 2 = Fe(кр) + H 2O

900

1,013

8

Fe3O4 (кр) + H 2 = 3FeO(кр) + H 2O

800

1,013

9 10 11

N 2 + C2 H 2 = 2 HCN CO + 2 H 2 = CH 3OH C2 H 6 = C2 H 4 + H 2

500 500 1000

2,026 10,13 2,026

12

CH 4 + H 2O = CO + 3H 2

900

1,013

13

C(графит) + CO2 = 2CO

1000

0,506

14 15

HCOOH = CO2 + H 2 Fe2O3 (кр) + CO = 2 FeO(кр) + CO2

600 1000

1,013 1,013

16

CO + H 2 = C(графит) + H 2O

900

1,013

17

2 H 2O = 2 H 2 + O2

1000

1,013

18

CCl4 + 2 H 2O = CO2 + 4 HCl

700

1,013

19

2 NO + O2 = 2 NO2

700

1,013

20

2CO + O2 = 2CO2 2 H 2 S + 3O2 = 2 H 2O + 2 SO2

600

1,013

2 ZnS(кр) + 3O2 = 2 ZnO(кр) + 2 SO2

700 1000

1,013 1,013

4 NH 3 + 3O2 = 2 N 2 + 6 H 2O

800

1,013

21 22

23

4

Примечание. Все вещества, для которых агрегатное состояние не указано,

находятся в газообразном состоянии.

Задача 2 (24 варианта)

1. На основании данных о зависимости температуры выпадения первого кристалла от состава расплава построить диаграмму равновесия системы. 2. Указать составы эвтектических смесей и химических соединений, имеющихся на диаграмме, и формулы химических соединений. 3. Изобразить графически кривые охлаждения систем, составы которых отмечены в таблице звездочкой. 4. Проанализировать по диаграмме: а) процесс охлаждения системы, исходное состояние которой обозначено точкой а; указать: – температуру начала кристаллизации и состав первого кристалла; – температуру, при которой затвердеет последняя капля жидкости, и ее

состав; б) процесс нагревания системы, исходное состояние которой обозначено точкой б; указать: – температуру начала плавления и состав первой капли жидкости; – температуру, при которой расплавится последний кристалл, и его со-

став. 5. Определить составы равновесных фаз и их массы для системы, состояние которой обозначено точкой в, если общая масса системы 10 кг.

5

Таблица к задаче 2 Вариант

Компоненты A

1

Si

2

Al

3

Mg

4

Ni

5

Mg

6

Си

7

Mn

8

Sb

9

A1

10

Mg

11

KC1

12

Co

Температура выпадения первого кристалла T, K, при содержании компонента B, % масс.

B % Mg Т % Mg Mg Т % Ni Ni Т % Al Al Т % Pb Pb Т % Mg Mg T % Si Si Т % Ni Ni Т %B B Т % Ca Ca Т % CuCl CuCl Т % Si Si Т Mg

0* 1688 0 933 0* 923 0* 1728 0* 923 0 1357 0* 1518 0 903 0* 933 0 923 0* 1033 0 1767

27 1474 20* 808 10 893 16 1643 30 848 5 1278 5 1473 3 885 10 923 10 873 20 973 10* 1573

42* 1223 35 738 34* 785 32* 1913 66* 733 9* 1003 11 1348 20 1373 27* 909 19* 791 50* 593 15* 1473

55 1323 67* 714 45 1043 40 1873 75* 898 18* 1067 21* 1589 32* 1433 30 932 40 943 60 463 20 1600

6

63* 85* 1373 1173 84* 100* 823 923 82* 89 1418 1355 58 73* 1403 1108 82 90* 823 673 25 43 828 843 30* 40 1513 1473 47* 56 1345 1443 40* 45 1083 1153 54* 65* 993 903 66* 80 403 493 33* 49 1668 1551

96 918

100 923

95* 100 1573 1728 90* 100 903 933 97 100 523 600 50 70 90* 823 758 853 51* 80 100 1409 1623 1688 65 85* 100* 1373 1498 1728 60* 100 1373 2075 79 100* 718 1123 90* 100 623 693 54 59 62 1486 1583 1509

100* 923

100* 1688

а

б

в

75 1500 95 950 50 1300 5 1900 10 1000 5 1400 40 1600 90 1700 50 1400 90 1150 80 700 40 1700

55 1000 35 680 95 1200 40 850 90 450 50 700 80 1300 20 850 10 850 40 750 20 350 20 1400

10 1400 95 800 15 850 55 1200 20 800 90 800 90 1500 20 1000 80 1200 45 850 30 700 90 1600

Окончание табл. к задаче 2 Вари- Компоненты A B ант 13

Zn

Mg

14

Cd

Sb

15

CuCl FeCl3

16

Mg

Si

17

Si

Mn

18

Mg

A1

19

B

A1

20

Ca

Mg

21

Al

Ni

22

Pb

Mg

23

Ni

Mg

24

Sb

Cd

Температура выпадения первого кристалла T, K, при содержании компонента B, % масс. % Mg Т % Sb Т % FeCl3 Т % Si Т % Mn Т % Al Т % Al Т % Mg Т % Ni Т % Mg Т % Mg Т % Cd Т

0* 693 0 595 0* 693 0 923 0 1688 0* 923 0 2075 0* 1123 0 933 0 600 0 1728 0* 903

3 641 8 563 20* 617 4 918 20 1623 16* 823 40* 1373 21 718 10* 903 3 523 5* 1573 10 823

10 15* 838 868 27* 43* 640 728 38 50* 573 593 15* 37* 1173 1373 49* 60 1409 1473 33* 65 714 738 55 60* 1153 1083 35* 46* 903 993 27* 42 1108 1403 10* 18 673 823 11 18* 1355 1418 35* 57* 718 728

7

20 40 843 690 65* 90 718 823 70 83* 576 556 45 58* 1323 1223 70* 79* 1513 1589 80* 100 808 933 70 73* 932 909 60 81* 943 791 60 68* 1873 1913 25* 34* 898 733 55 66* 1043 785 73* 92 640 563

49* 619 100* 903 100 571 73 1474 89 1348

90 923 90 873 84 1643 70 848 90 893 100 595

60* 703

90 858

100* 1688 95 100* 1473 1518

100* 933 100 923 100* 1728 100* 923 100* 923

100 923

а

б

в

30 900 50 800 90 600 25 1500 60 1600 5 950 50 1400 10 1150 95 1900 90 1000 50 1300 50 800

10 550 90 600 20 550 45 1000 20 1300 65 680 90 850 60 750 60 850 10 450 5 1200 10 600

80 750 30 600 10 600 90 1400 10 1500 5 800 20 1200 55 850 45 1200 80 800 85 850 70 600

СОДЕРЖАНИЕ Общие указания………………………………………………..3 Задача 1…………………………………………………………3 Задача 2…………………………………………………………5

Редактор И. Н. Садчикова Сводный темплан 2004 г. ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003 г. Подписано в печать .06.2004. Формат 60х84 1/16 Б. кн.-журн. П.л.

Бл.

Тираж

РТП РИО СЗТУ Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5 9