Файл: ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.06.2024

Просмотров: 171

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

51. Обчислити константу рівноваги реакції

с о + - і - о 2 ^ с о 2

при 298 К, якщо ізобарні потенціали реакції горіння вуглецю до ок­ сиду вуглецю (II) і до вуглекислого газу при цій температурі відпо­ відно дорівнюють —137,7 і —394,8 МДж • кмоль-1 .

і_

Відповідь: 3,55 • 104 2 Па 2 .

52. Обчислити константу рівноваги реакції

 

2Н2 + 0 2

^ 2 Н 2 0

 

при 2000 К, якщо значення функції

^—0 для Н2 , 0 2 і Н 2 0 при цій

температурі

відповідно дорівнюють

157,603; 234,722 і 223,392 кДж X

X кмоль- 1

• Кг1, а значення функції Нт — #о Д л я #2> Ог і

В 1 Д"

повідно —8,447; 8,682 і 9,908 МДж • кмоль - 1 . Теплота утворення во­ дяної пари при 298 К дорівнює 242,1 МДж • кмоль- 1 .

Відповідь: 3,614 • 10" П а - 1 .

53. Обчислити константу рівноваги реакції Fe + CuS04 FeS04 4- Си

при 298 К, якщо при цій температурі е. р. с. гальванічного елемента Fe I FeS04 (1н.) II CuS04 (1H.) I Cu

дорівнює 0,78 В.

Відповідь:

2,345 • 1026.

 

 

54. Визначити константу рівноваги реакції

 

 

 

 

 

FeO + CO=^Fe4-C02

 

 

при

298 К. Ізобарні потенціали утворення FeO, CO і СОа взяти

э

табл.

5 додатку.

 

 

 

Відповідь:

1,892

• 102.

 

 

55. За даними

табл. 5 додатку визначити

залежність ізобарного

потенціалу від температури для реакції

 

 

 

 

 

w + 4 o 2 ^ w o 3

 

 

і обчислити константу рівноваги цієї реакції при 1700 К.

 

Відповідь:

AZ°T

= —837,765 • 10е — 7,83 • 103 Г lg Т — 13,8 Г 2

+

 

 

 

_

J L

 

4- 237 • 103 Г — 5,85 • Ю Т - 1 ; 2,594 • 108 Па 2 .

56 (багатоваріантна задача).

~Е

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

$.

Рівняння реакції

 

T, к

 

 

 

1

3Fe 2 0 3

+

H 2 ^ ± 2 F e 3 0 4

+

1100

2

+ н2

о

+

Н 2 z± 3FeO +

Н 2 0

1100

3Fe3 04

3

3Fe2 03

+

CO

2Fe 3 0 4

+

1000

 

+ С 0 2

 

 

 

 

 

 

4

F e 3 0 4

+

CO <± 3FeO +

С 0 2

1100

5

FeO +

CO ^

Fe + C 0 2

 

1300

6

FeO +

 

C(rp.)?±Fe + CO

1300

7

2Mn02

+

CO <± Mn 2 0 3

+

1100

8

+ C 0 2

 

 

 

 

 

1200

M n 2 0 3 + CO?± 2MnO+ C 0 2

9

MnO -f- С (rp.) ? i Mn +

CO

1500

10

2Mn +

0 2 *± 2MnO

 

 

1500

11

Si + 0 2

*±: Si0 2

 

 

1800

12

4Cr +

302 <± 2Cr2 03

 

 

1650

13

C(rp.) +

0 2 ^ C 0 2

 

 

1500

14

2FeO +

Si 5± 2Fe +

Si0 2

800

15

2MnO +

Si 5± 2Mn +

Si0 2

800

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц я

4

nop.

 

 

 

Рівняння

реакції

 

T, К

№

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

4 P + 5 0 2 « ± 2 P 2 0 5

 

 

 

1500

17

CaCOs

Ї± CaO +

CO,

 

 

1200

18

MgCO 3 ^MgO + C 0 2

 

1000

19

FeC03

*± FeO +

C 0 2

 

 

900

20

C 0 2

+

H 2 * i C O +

H 2 0

1200

21

2C0 2

==± 2CO +

0 2

 

 

 

1500

22

2H2 +

0 2 5± 2H 2 0

 

 

 

1000

23

3FeO +

2A1 <± A12 03

+

3Fe

800

24

ЗМпО +

2A1 «± A12 03

+

3Mn

800

25

S i 0 2 + 2C (rp.)

Si +

2CO

1800

26

Si0 2

+

 

2Fe

Si +

2FeO

1900

27

C r 2 0 3

+

3C (rp.) з± 2Cr + 3CO

1900

28

CoO +

Fe г± FeO +

Co

 

1800

29

C H 4

+

C 0 2

* i 2 C O +

2H2

1200

30

3Ti02

+

4A1

ЗТІ +

2A12 03

800

1.Визначити ізобарний тепловий ефект реакції в стандартних умовах.

2.Визначити залежність ізобарного теплового ефекту від темпе­ ратури.

3. Визначити ентропію реакції в стандартних умовах.

4.Знайти залежність ентропії реакції від температури.

5.Знайти залежність ізобарного потенціалу від температури.

6.Обчислити ізобарний потенціал при 298 К, виходячи з ізобар­ них потенціалів утворення реагуючих речовин.

7. Обчислити ізобарний потенціал реакції при температурі Т.

8.Визначити константу рівноваги при 298 К-

9.Знайти залежність логарифма константи рівноваги реакції від

температури

[lg КР

= f {Т)\.

10.

Визначити

константу рівноваги реакції при температурі Т

(Т +

100) і

(Т —

100).

11.Обчислити константу рівноваги реакції при температурі Т за методом Тьомкіна — Шварцмана.

12.Побудувати графік залежності lg Кр = / i^jrj в межах темпе­

ратур від (Т — 100) К до (Т + 100) К.

13. Виходячи з графіка, показати, як змінюється константа рівно­ ваги реакції із зміною температури.

Потрібні для розв'язування задачі дані взяти з табл. 2 і 6 до­ датку.

IV. ФАЗОВІ РІВНОВАГИ

ПРАВИ ЛО Ф А З

Термодинамічною системою називається сукупність тіл, які мо­ жуть енергетично взаємодіяти між собою і з іншими тілами.

Гомогенною називається система, всередині якої немає поверхонь поділу, що відокремлюють одну від одної різні за властивостями ча­ стини системи. Прикладом гомогенної системи може бути суміш газів, водний розчин кухонної солі, твердий розчин срібла і золота.

Гетерогенною називається система, всередині якої є поверхні поді­ лу, що відокремлюють одну від одної різні за властивостями частини системи. Наприклад, система, що складається з води, льоду і водяної пари, є гетерогенною, бо однорідні її частини відокремлені одна від одної поверхнею.

Компонентом, або складовою частиною системи називається хімічно однорідна речовина, яка може бути виділена з системи і тривалий час існувати в ізольованому вигляді. Так, наприклад, компонентами водного розчину сірчаної кислоти є вода і сірчана кислота. Речовини, найменша кількість яких необхідна і достатня для утворення всіх можливих фаз певної системи, називаються незалежними компонен­ тами.

Кількість незалежних компонентів системи дорівнює різниці між кількістю компонентів і кількістю хімічних рівноваг:

К = К0~х,

(IV, 1)

де К0 — кількість компонентів системи;

х — кількість хімічних рів­

новаг.

 

Наприклад, система

 

СаСОз=Р*СаО +

С0 2 ,

в якій установилась хімічна рівновага, складається зтрьох компо­ нентів (карбонату кальцію, оксиду кальцію і вуглекислого газу) і двох незалежних компонентів (будь-які два компоненти).

Фазою називається сукупність гомогенних частин гетерогенної си­ стеми в рівноважному стані, однакових за всіма термодинамічними властивостями. Наприклад, система лід — вода складається з двох фаз: лід і вода.

Проста фаза має один компонент, а змішана — кілька компонентів. Наприклад, повітря або розчин кухонної солі являють собою змішану фазу.

Рівновагою між фазами гетерогенної системи називається такий стан системи, коли відповідні параметри її в усіх частинах однакові.

Число умов, які можна довільно змінювати в певних межах, не змінюючи числа і виду фаз системи, називається числом ступенів віль­ ності системи.

Якщо при зміні однієї з умов (температури, тиску або концентра­ ції), що визначають стан системи, фазова її рівновага не порушується, то система має один ступінь вільності.

Співвідношення між числом ступенів вільності рівноважної гетеро­ генної системи С, числом фаз Ф, числом незалежних компонентів К і зовнішніх факторів п, що зумовлюють стан системи, визначається правилом Гіббса:

С + Ф = К + п.

(IV,2)

Якщо фазова рівновага системи визначається двома зовнішніми факторами (температурою і тиском), то правило фаз матиме вигляд

С + Ф = К + 2.

(IV,3)

Стан конденсованих систем визначається одним зовнішнім фактором (температурою) і тому така система вважається умовно варіантною. Для неї правило фаз набирає вигляду

С у м = К - Ф + 1 . (IV.4)

Це рівняння широко використовують для визначення числа сту­ пенів вільності металевих і шлакових систем залежно від числа ком­ понентів і числа фаз.

Задача. Визначити число ступенів вільності при затвердіванні роз­ плавлених: 1) чистого олова; 2) сплаву з олова і свинцю, що утворює кристали свинцю; 3) сплаву з олова і свинцю, що утворює кристали олова і свинцю.

Р о з в ' я з а н н я . Зміна тиску майже не впливає на температуру плавлення чистих металів і сплавів. Тому для такої системи газову фазу до уваги не беруть, а враховують тільки один зовнішній фактор —

температуру. Число ступенів вільності такої умовно варіантної

си­

стеми обчислюють за рівнянням (IV,4).

 

1) Охолодження розплавленого олова приводить до утворення твер­

дої фази — кристалів олова. Настає

рівновага однокомпонентної

си­

стеми між рідкою і твердою фазами:

 

 

Sn (розпл.)

Sn (т.).

 

Число ступенів вільності такої системи:

 

Су „ = / С - Ф + 1 = 1 - 2 + 1 = 0 .

 

Система стає безваріантною. Тому температура кристалізації на­

буває строго певного значення і не змінюється, поки відбувається

кри­

сталізація олова.

 

 

До початку кристалізації і після повного затвердівання всієї

маси

рідкого олова число фаз системи дорівнює одиниці, система одноваріантна і має один ступінь вільності (температуру можна змінювати

впевних межах, не змінюючи агрегатного стану олова).

2)У момент кристалізації свинцю з розплаву свинець — олово система складається з двох фаз: рідкої (розплав свинець — олово) і твердої (кристали свинцю). Число ступенів вільності такої двокомпо­ нентної системи

С у м = 2 - 2 + 1 = 1.

Система одноваріантна, тобто кристалізація свинцю з розплаву відбувається із зміною температури.

3) У момент кристалізації одночасно свинцю і олова з розплаву свинець — олово система складається з трьох фаз: рідкої (розплав Pb — Sn) і двох твердих (кристали олова і свинцю). Число ступенів вільності такої двокомпонентної системи

С у м = 2 - 3 + 1 = 0 .

Отже, система безваріантна

і затвердівання відбувається при стро­

го певній температурі і складі

системи.

Задачі

1. Визначити максимальне число ступенів вільності однокомпо­ нентної, двокомпонентної і трикомпонентної систем.

Відповідь: 2; 3; 4.

2. Визначити максимальне число фаз однокомпонентної, двокомпо­ нентної і трикомпонентної систем.

Відповідь: 3; 4; 5.

3. Назвати

фази систем, що складаються з води та кухонної солі,

і визначити число ступенів вільності цих систем.

Відповідь:

3; 2; 1; 0.

4. Визначити число незалежних компонентів і число фаз для таких систем:

С(т.) +

0 2 < > С 0 2

;

FeO (т.) + CO

Fe (т.)

+ С02 ;

СаС03 (т.)

СаО (т.) +

С02 ;

2СО + 0 2 ^ > 2 С 0 2 ; СиО (т.) + Н2 <> Си (т.) + На О (рід.).

Відповідь: 2 і 2; 3 і 3; 2 і 3; 2 і 1; 3 і 4.

5. Визначити число незалежних компонентів, число фаз і число ступенів вільності системи

С(гр.) + С 0 2 ^ 2 С О .

Відповідь: 2; 2; 2.

6. Визначити число незалежних компонентів, число фаз і число ступенів вільності системи

Са (ОН)2 (т.) + С 0 2 & Са С 0 3 (т.) + Н 2 0 (рід.).

Відповідь: 3; 4; 1.

7. У водному розчині солей аналізом виявлено такі іони: Са2 +, Mg2 +, С І - , НСОз". Скільки компонентів у цій системі?

Відповідь: 3.

8. Скільки газоподібних фаз може бути в кожній ізольованій си­ стемі? Чи в кожній системі обов'язково повинна бути газоподібна фаза?

Смотрите также файлы