Файл: ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 180
Скачиваний: 0
+ 1,8- W8T-2)dT= |
14,11 • 103 + ^ p - ( 3 7 3 + 290) + |
+ дуд ' = 25,631 кДж • катом-' • К - 1 .
Середня питома теплоємність заліза дорівнюватиме
С = - 2 l = 2 5 , 6 3 1 -1 0 3 = 458,8 Дж • к г - 1 • КГ1 .
|
|
|
р |
|
А |
|
55,847 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача. Мольна |
теплоємність |
оксиду |
кальцію |
визначається |
рів |
|||||||||||
нянням |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Ср = 41,86 • 103 |
+ 20.26Г — 4,52 • |
10аТ~2. |
|
|
|
||||||||
|
Визначити кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання |
100 кг |
|||||||||||||||
оксиду кальцію від 290 до 890 К. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Р о з в ' я з а н н я . |
Теплоту, |
затрачену |
на |
нагрівання |
100 кг |
|||||||||||
оксиду кальцію, можна знайти за рівнянням |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
q = пСр (Т2 - |
Тг) |
= |
Ср (Т2 - |
|
TJ. |
|
|
|
|
||||
|
Середню мольну теплоємність оксиду кальцію |
в |
інтервалі темпера |
||||||||||||||
тур від 290 до 890 К розраховуємо за таким рівнянням: |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
= |
- 1 |
_ |
( (41,86103 |
+ 20.26Г — 4,52 • Ю Т " 2 ) dT = 41,86 х |
|||||||||||
х |
Ш з + |
20,26(890+ 290) |
|
4^52 _ 10 ^ = |
^ |
_ 1 Q 3 + |
п % |
. 1 |
Q 3 |
_ |
|||||||
|
|
|
— 1,751 • 103 = 52,059 кДж • кмоль-1 |
• К - 1 . |
|
|
|
||||||||||
|
Отже, кількість теплоти, що витрачається на |
нагрівання |
100 кг |
||||||||||||||
СаО, |
дорівнюватиме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
q = |
5 g°0 °7 9 |
• 52,059 • 103 |
(890 — 290) = 55,7 МДж. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Задачі |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. |
Обчислити |
істинну теплоємність |
1 катома |
свинцю |
при 273 К |
|||||||||||
і середню теплоємність цієї кількості свинцю в інтервалі |
температур |
||||||||||||||||
від 273 до 373 К. Залежність |
атомної теплоємності |
свинцю |
від темпе |
||||||||||||||
ратури визначається |
рівнянням |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Ср |
= 23,61 • 103 + |
9,63 |
Т. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Відповідь: |
26,239 кДж-катом-1 |
• К _ 1 |
і 26,72 кДж • катом-' |
• К _ 1 - |
||||||||||||
|
9. Обчислити, скільки теплоти |
потрібно на розплавлення |
5 кг мі |
||||||||||||||
ді, |
якщо |
початкова |
температура 298 К, температура |
плавлення |
міді |
||||||||||||
1356,2 К, атомна теплота плавлення міді 13,02 МДж • катом- 1 і залеж ів
ність теплоємності міді від температури визначається рівнянням Ср = 22,65 • 103 + 6,287і.
Відповідь: 3,342 МДж.
10. Залежність мольної ізобарної теплоємності вуглекислого газу від температури визначається рівнянням
32,24 • 103 + 22,27і — 3,48 • 10Г*Т*.
Визначити ізохорну теплоємність вуглекислого газу при температу рі 2000 К.
Відповідь: 54,406 кДж • кмоль - 1 • КГ1 .
11. Визначити теплоємність карбонату магнію в стандартних умо вах, знаючи, що теплоємності магнію, вуглецю і кисню в цих умо вах відповідно дорівнюють 24,891; 8,522 кДж • катом- 1 • КГ1 і 26,082 кДж • кмоль- 1 • КГ1 .
Відповідь: 72,536 кДж • кмоль - 1 • КГ1 .
12. Визначити ДЯ, AU і А при ізобаричному нагріванні газової суміші, що містить 10 кмолів вуглекислого газу і 28 кг оксиду вуглецю (II), від 298 до 398 К. Залежності теплоємностей вуглекислого газу і оксиду вуглецю (II) від температури визначаються рівняннями:
Ср° = 27,634 • 103 +5,07і ; Ср°* = 32,24 • 103 + 22,27і — 3,48 • Ю ^ Т 2 .
Відповідь: 42,479 МДж; 33,334 МДж і 9,145 МДж.
13. Атомна теплоємність кобальту визначається рівнянням
19,76 • 103 + 18,07і.
Знайти рівняння для обчислення теплоти, що витрачається на нагрі вання 1 кг кобальту від Тх до Т2.
Відповідь: q = 335,4 (Тг — 7\) + 0,153 (ТІ — Т\).
14. Визначити питому теплоємність сплаву, що складається з 50,7% вісмуту, 25,0% свинцю, 14,2% олова і 10,1% кадмію, у стандартних умовах.
Потрібні для розв'язування задачі дані взяти з табл. 1 і 2 додатку.
Відповідь: 149,64 Дж • к г - 1 • К - 1 .
15. Визначити питому теплоємність жаростійкої сталі, що містить (у%)Сг — 20; Ni —7; М п — 5 ; Si—1,5; W — 1 ; С —0,4, вважаючи, що теплоємність сплаву є адитивною функцією складу. Атомні теплоєм ності заліза, хрому, марганцю, нікелю, вольфраму, вуглецю і крем нію при 298 К відповідно дорівнюють 24,997; 23,243; 26,331; 25,785; 24,978; 8,522 і 20,134 кДж • катом- 1 • КГ1 .
Відповідь: 450,428 Дж • к г - 1 • КГ1 . |
г ^ - - _ _ _ _ _ _ |
16. Визначити питому теплоємність шлаку, який у стандартних умовах містить 20% А12 03 , 35% Si02 і 45% FeO.
Потрібні для розв'язування задачі дані взяти з табл. 1 і 2 додатку. Відповідь: 737 Дж • кг~' • К"1 -
ТЕРМОХІМІЯ. ЗАКОН ГЕССА
Хімічні реакції і багато фізичних процесів протікають з виділенням або поглинанням теплоти.
Сума теплоти, поглиненої системою, і всіх видів роботи, виконаних над нею навколишнім середовищем, крім роботи зовнішнього тиску, називається тепловим ефектом хімічної реакції.
|
У термохімії прийнято вважати тепловий ефект додатним, коли те |
|||||||||
плота виділяється системою, |
і від'ємним, коли теплота поглинається |
|||||||||
системою. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тепловий ефект хімічної реакції, що протікає при сталому об'ємі, |
|||||||||
називається |
ізохорним тепловим |
ефектом: |
|
|
|
|
||||
|
|
|
QV = -AU, |
|
|
|
|
(1,33) |
||
де AU — зміна внутрішньої енергії системи в процесі. |
|
|||||||||
|
Тепловий ефект хімічної реакції, що протікає при сталому тиску, |
|||||||||
називається |
ізобарним тепловим |
ефектом: |
|
|
|
|
||||
|
|
|
QP = -AH, |
|
|
|
|
(1.34) |
||
де АН — зміна ентальпії системи в процесі. |
|
|
|
|
||||||
|
Співвідношення між Qp |
і Qv визначається |
рівнянням |
|
||||||
|
|
|
Qp = Qv-AnRT, |
|
|
|
|
(1,35) |
||
де |
An = « 2 |
— пх — зміна |
числа |
кіломолів |
газів |
системи в процесі; |
||||
пг |
— число |
кіломолів початкових |
газів; |
п2 — число |
кіломолів |
кінце |
||||
вих газів; R — універсальна |
газова стала |
(8,314 |
кДж • кмоль"1 х |
|||||||
X |
КГ1 ); Т — температура, при якій протікає процес. |
|
||||||||
|
Хімічне рівняння, в якому наведено |
відповідну |
величину |
тепло |
||||||
вого ефекту, називається |
термохімічним |
рівнянням. |
Наприклад, |
|||||||
|
|
Н 2 + 4-°2 |
= Н г О (ріД.) + |
286,034 МДж. |
|
|||||
Тепловий ефект хімічної реакції утворення 1 кмоля складної речо вини з відповідних простих речовин називається теплотою утворення речовини:
Mg + С + -f- 0 2 = MgC03 + 1097 МДж.
Теплотою згоряння називається кількість теплоти, яка виділяється при повному окисленні 1 кмоля речовини до вищих окислів елементів, що входять до складу сполуки. Наприклад,
СН4 + 20 2 = С 0 2 + 2На О + 890,91 МДж.
Тепловий ефект залежить тільки від виду та стану початкових і кінцевих речовин і не залежить від проміжних стадій процесу (за кон Гесса):
|
|
|
Q = Qi + Q2 + Q» |
|
|
(1,36) |
|
де Q — загальний тепловий |
ефект процесу; |
Qlt |
Qa і Qs — теплові |
||||
ефекти окремих стадій процесу. |
|
|
|
||||
Із закону Гесса випливає, що тепловий ефект дорівнює різниці між |
|||||||
сумою теплот утворення |
кінцевих речовин і сумою теплот утворення |
||||||
початкових речовин. |
|
|
|
|
|
||
Для |
реакції |
|
|
|
|
|
|
|
|
аА + ЬВ = сС + dD - f |
Qx |
|
|
||
тепловий ефект дорівнюватиме |
|
|
|
||||
|
Qx = (dQYTb.D + |
cQyTB.c) — (йфутв.Л + |
6QyTB.B), |
С1 .3 7 ) |
|||
ДЄ футв.л; QyTB.Bi |
QyTB.C! |
QyTB.D — ВІДПОВІДНО |
ТЄПЛОТИ уТВОреННЯ ре- |
||||
човин А, В, С і D; а, Ь, с і d — відповідно число кіломолів |
речовин |
||||||
А, В,С |
і D. |
|
|
|
|
|
|
Із закону Гесса випливає, що тепловий ефект дорівнює різниці |
|||||||
між сумою теплот згоряння |
початкових речовин |
і сумою теплот зго |
|||||
ряння |
кінцевих |
речовин: |
|
|
|
|
|
|
Qx |
= (aQ3r.A |
+ bQ*T.B) — (cQ3r.c |
+ dQ3r.D), |
(1,38) |
||
ДЄ Qsr.A', Фзг.в; Qar.Cj Qcr.D — ВІДПОВІДНО ТЄПЛОТИ ЗГОрЯННЯ ПОЧЭТКОВИХ
ікінцевих речовин А, В, С і D.
Усистемі одиниць СІ за одиницю вимірювання теплового ефекту взято джоуль.
Улітературі наведено значення теплових ефектів процесів, що про тікають у стандартних умовах. Стандартними умовами вважають: температуру 298 К і парціальний тиск газу 1,01325 • 105 Па. Конден сована (рідка і тверда) речовина в чистому стані перебуває при зовніш ньому тиску 1,01325 • 106 Па.
Теплотою фазового переходу називається теплота, яку треба надати системі або відвести від неї при рівноважному ізотермічному переході речовини з однієї фази в іншу.
Окремими видами теплот фазового переходу є: «теплота плавлення», «теплота затвердівання», «теплота пароутворення», «теплота конден сації», «теплота сублімації», «теплота поліморфного переходу».
Теплоту фазового переходу позначають через АН або L і визначають у джоулях на 1 кмоль речовини (мольна теплота) або в джоулях на 1 кг речовини (питома теплота).
Теплотою розчинення називається кількість теплоти, яка поглинає ться при розчиненні 1 кмоля кристалогідрату солі у великій кіль кості розчинника, коли дальше розбавляння розчину вже не впливає на величину теплового ефекту. Наприклад:
CuS04 • 5Нг О + (п — 5) Н 2 0 = CuS04 (роз.) — 11,72 МДж.
Теплотою гідратації називається кількість теплоти, яка виділяє ться при гідратації 1 кмоля безводної солі. Наприклад:
CuS04 - f 5 Н 2 0 = CuS04 • 5Н2 0(тв.) + 78,29 МДж.