Задачи для самостоятельного решения. 1. Сто граммов воды, взятой при 250С, превращены в пар с температурой 1500С и давлением 1,013
1. Сто граммов воды, взятой при 250С, превращены в пар с температурой 1500С и давлением 1,013 . 105 Н / м2. Вычислите изменение энтропии этого перехода, если удельная теплота испарения воды при 1000С равна 2257 Дж/г, удельная теплоемкость воды равна 4,187 Дж / г . град, а удельная теплоемкость водяного пара при давлении 1,013 . 105 Н / м2 равна 1,968 Дж / г . град.
2. Определите изменение энтальпии, внутренней энергии и энтропии при переходе 2,7 кг воды, взятой при р1 = 1,0133 . 105 Н/м2 и Т1 = 2930, в пар при р2 = 0,50665 . 105 Н / м2 и Т2 = 3730. Принять, что Ср (ж) = = Сv (ж) = 4,187 . 103 Дж / кг град. Удельная теплота испарения равна 2260,98 . 103 Дж / кг. Считать пар идеальным газом.
3. Определите изменение энтропии при смешении 1 киломоля аргона, взятого при Т (Ar) = 2930 и р0 (Ar) = 1,0133 . 105 Н / м2 с двумя киломолями азота, находящимися при р0 (N2) = 1,0133 . 105 Н / м2 и Т (N2) = 3230. Давление смеси равно р (см) = 1,0133 . 105 Н / м2. Принять аргон и азот идеальными газами, а теплоемкость каждого газа – величиной, постоянной в указанном интервале температур и равной:
Сv (N2) = 20,935 . 103 Дж / кмоль град;
Сv (Ar) = 12,561 . 103 Дж / кмоль град.
Примечание: Для решения задачи необходимо найти температуру смеси, которая определяется по уравнению:
Cv (Ar) . H (Ar) (Tсм – T(Ar)) = Cv (N2) . H (N2) (T(N2) – Tсм) =
= 12,561 . 103. (Tсм - 293) = 20,935 . 103 . 2(323 - Tсм).
Отсюда найти Т смеси:
DS (Ar) = Cp (Ar) ln Tсм / T (Ar) – R ln p0 (Ar) / p (Ar);
DS (N2) = [2 Cp ln Tсм / T (N2) – R ln p0 (N2 ) . p (N2)];
Cp = Cv + R.
p (Ar), p (N2) – парциальные давления компонентов после смешения газов.
|
|
|
p (Ar) = p см . N (Ar)
p (N2) = p – p (Ar)
4. Найдите DF и DG для одного киломоля бензола при следующем изотермическом процессе:
С6Н6 (ж, р1 = 1,0133 . 105 Н / м2 ) = С6Н6 (г, р2 = 0,9120 . 105)
Нормальная температура кипения Т нтк = 353,30.
5. Каким образом можно рассчитать изменение энтропии в необратимом процессе? Для иллюстрации вычислите изменение энтропии при затвердевании 1 моля переохлажденной воды при –100 С, если удельная теплота кристаллизации при 0 0С равна 6010Дж/моль, cp(H2Oж)=75,31 Дж/моль . К; cp(H2Oтв) = 37,65 Дж/моль . К.
6. Рассчитайте изменение энтропии при образовании 1 моля воздуха смешением азота и кислорода при 298 К. Воздух состоит из азота (80 %) и кислорода (20 об. %).
7. Давление насыщенного пара над жидкой водой и над льдом при 268 К соответственно равно 421,7 и 401,7 Па. Рассчитайте изменение энергии Гиббса DG для перехода одного моля жидкой воды в лед при 268 К.
8. В каком из обратимых процессов с 1 моль идеального газа изменение энтропии будет наибольшим:
1) изобарическое нагревание от 300 до 400 К;
2) изохорическое нагревание от 300 до 400 К;
3) изотермическое расширение от 300 до 400 м3;
4) адиабатическое расширение от 300 до 400 м3.
9. Определите изменение энтропии при смешении 2,3 г этилового спирта при 343 К и 5,75 г этилового спирта при 163 К. Теплоемкость спирта считать постоянной и равной 111,4 Дж/моль . град. Принять, что изменение объема в процессе смешения равно нулю.
|
|
|
10. Найдите суммарное изменение энтропии воды и меди, если 200 г меди, нагретой до 673 К, опустить в 500 г воды с температурой 283 К. Удельные теплоемкости меди и воды соответственно равны 0,383 Дж/г . К и 4,184 Дж/г . К. Определите, до какой температуры нагреется вода.
11. Для трех молей двухатомного идеального газа рассчитайте изменение энтропии при изотермическом (Т = 298 К) расширении от 300 м3 до 400 м3.
12. Рассчитайте изменение энтропии при образовании 1 моля воздуха смешением азота и кислорода при 298 К. Учтите, что воздух содержит 78 % азота и 21 % кислорода.
13. Рассчитайте абсолютную энтропию 1 моль воды при 473 К и 1,0133 . 105 Па, пользуясь справочными данными. Теплоемкость газообразной воды cp = 34,4 Дж/моль . град.
14. Рассчитайте абсолютную энтропию 1 моль жидкой воды при 274 К и 1,0133 . 105 Па, пользуясь справочными данными. Теплоемкость воды в интервале 274 – 298 К считать постоянной.
15. При изотермическом расширении 1 моль идеального газа в первом опыте объем увеличился от 2 до 4 м3, а во втором опыте – от 500 до 1000 м3. Укажите, в каком из опытов изменение энтропии больше?
|
|
|
16. Вычислите изменение энтропии при охлаждении 12 г кислорода от 290 до 233 К и одновременном повышении давления от 1,0132 . 105 до 6,0792 . 106 Н/м2, если сp = 32,9 Дж/моль . К.
17. Рассчитайте изменение энтропии DS для 100 – кратного обратимого расширения 1 моль газа в идеальном состоянии при постоянной температуре. Изменится ли и как величина DS, если расширение произвести необратимо?
18. Нагревают 14 кг азота N2 при 273 К и постоянном объеме до тех пор, пока его температура не станет равной 373 К. Рассчитайте изменение энтропии в этом процессе, считая аот идеальным газом, Зависимость теплоемкости азота при постоянном объеме от температуры выражается уравнением:
cv = 19,56 + 4,27 ×10-3Т (Дж/моль.град).
19. Определите изменение энтропии в процессе перехода 1 кмоль FeS из a в b- кристаллическую модификацию, если переход совершается при 411 К, а теплоты образования a-FeS и b -FeS соответственно равны – 95,4 и – 91,0 кДж/моль.
20. Под давлением 1,96 . 105 Па нагревают 2 . 10-3 м3 аргона до тех пор, пока его объем не увеличится до 12 . 10-3 м3. Каково изменение энтропии в этом процессе, если начальная температура была 400 К?
21. Вычислите изменение энтропии при переходе 1 моль азота из стандартных условий к температуре 473 К и объему 0,05 м3. Принять, что сp= 
.
|
|
|
22. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 8 кг метана от 300 до 500 К при постоянном давлении. Воспользуйтесь справочными данными, считая, что зависимость теплоемкости метана от температуры выражается уравнением сp = a + bT.
23. Рассчитайте при помощи данных справочника DS0 для реакции:
2SO2 + O2 = 2 SO3
при 298 К и сделайте вывод о направлении самопроизвольного протекания реакции в этих условиях.
24. Мольная теплоемкость оксида углерода при постоянном давлении равна 29,15 Дж/моль . К. До какой температуры нагрелся газ, взятый при 273 К, если при его изобарном расширении энтропия возросла на 8 Дж/моль . К?
25. Определить, возможна или невозможна реакция образования воды из O2 и H2 при стандартных условиях и постоянном давлении.
26. Определить DG0298 реакции получения синильной кислоты пользуясь
2CH4 + 2NH3(г) + 3O2 = 2HCN(г) + 2H2O(г),
стандартными потенциалами образования.
27. Определить изменение изобарного потенциала для реакции
С + CO2 = 2CO
при T = const, если известны изменения изобарного потенциала для следующих реакций:
1) C + 1/2O2 = CO; DG1 = -35,0 кДж/моль;
2) С + O2 = CO2; DG2 = -94,3 кДж/моль.
28. Вычислить изменения энергии Гиббса при сжатии 7 г азота при 270С от 0,5 ат до 3 ат.
29. Возможно ли самопроизвольное течение реакции при стандартных условиях ZnO + CO = Zn + CO2.
30. Вычислить стандартное изменение изобарного потенциала DG0 для реакции C2H2 + 5/2O2 = 2CO2 + H2O(ж).
31. Благоприятствует ли протеканию реакции повышение температуры?
Ag + 1/2 Cl2 = AgCl
32. Определить, возможна или невозможна реакция образования воды из O2 и H2 при стандартных условиях и постоянном давлении.
33. Определить DG0298 реакции получения синильной кислоты пользуясь стандартными потенциалами образования
2CH4 + 2NH3(г) + 3O2 = 2HCN(г) + 2H2O(г).
34. Вычислить изменения энергии Гиббса при сжатии 7 г азота при 270С от 0,5 ат до 3 ат.
35. Определите изменение энтропии этилена при нагревании от 15 до 298 К, если температура фазовых переходов Тпл= 103,9 К, Ткип = 169,4 К, теплоты фазовых переходов DH0пл = 3347,2 Дж/моль, DH0исп = 13543,6 Дж/моль.
Cp(кр)=26,48 Дж/моль . К; Cp(ж)=68,20 Дж/моль . К; Cp(г)=38,91 Дж/моль . К.
36. Определите стандартное изменение энтропии при 298 К для реакции:
2NO + O2 = 2 NO2.
Для решения воспользуйтесь данными справочника.
37. Используя справочные данные, вычислите изменение энтропии реакции:
N2 + 3H2 = 2 NH3 при 500 К.
38. Один моль идеального газа при 300 К изотермически и обратимо расширяется от 10,133 . 105 Па до 1,0133 . 105 Па, преодолевая постепенно уменьшающееся внешнее давление. Объем при этом увеличивается от 2,462 . 10-3 м3 до 24,62 . 10-3 м3. Рассчитайте Q, A, DU, DH, DF и DG.
39. При обратимом изотермическом сжатии некоторого количества газа в идеальном состоянии от давления p1 до давления p2 энергия Гиббса изменилась на 200 Дж. Каково по сравнению с этой величиной будет изменение энергии Гиббса при подобном же, но необратимом переходе от p1 до p2.
40. Рассчитайте величину DF при изобарно – изотермическом испарении 1 моль воды при 373 К и давлении 1,0133 . 105 Па.
41. При температуре кипения 329,7 К и давлении 1,0133 . 105 Па испаряется 1 моль ацетона, а затем изотермически расширяется до давления 1,0133 . 104 Па. Рассчитайте величину DG в этом процессе.
42. В результате сжатия 16 кг O2 при 400 К давление увеличилось в 100 раз. Вычислите изменение энергии Гельмгольца (изохорно-изотермического потенциала), считая кислород идеальным газом.
43. Укажите, для какой и систем: 1моль H2; 1моль J2 (г); 1 моль N2; 1моль O2 – энергия Гиббса G быстрее изменяется вследстве роста температуры вблизи 300 К при постоянном давлении.
44. В результате расширения 20 кг водорода при 300 К объем газа увеличился в 1000 раз. Вычислите изменение энергии Гиббса (изобарно-изотер-мического потенциала) в этом процессе, считая водород идеальным газом.
45. Рассчитайте величину DG0 при изобарическом нагревании 1 моль газообразного хлороформа от 310 до 360 К, пользуясь справочными данными и считая температурный коэффициент энергии Гиббса (изобарно-изотермического потенциала) величиной постоянной.
46. Определите изменение энергии Гиббса (изобарно-изотермического потенциала) при равновесной конденсации 1кмоль водяного пара при 373 К и давлении 1,0133 . 105 Па, если теплота испарения воды равна 40,7 . 106 Дж/кмоль, а изменение энтропии воды при испарении 109 . 103 Дж/кмоль град.
47. Для реакции: H2 + Cl2 = 2 HCl (все вещества газообразные) изменение энергии Гиббса при 298 К DG равно – 190,5 кДж. Рассчитайте величину DG для этой реакции при 348 К, пользуясь справочными данными и считая, что изменение энтропии в ходе этой реакции не зависит от температуры.
48. Рассчитайте стандартные изменения энтропии и энергии Гельмгольца при 298 К для реакции: 4NO + 6 H2O (ж) = 4NH3 + 5 O2, пользуясь справочными данными.
49. Рассчитайте изменение энергии Гиббса DG298 при 298 К в стандартных условиях для реакции: U(кр) + O2(г) = UO2 (кр), пользуясь справочными данными. Возможно ли принципиальное получение UO2 (кр) по этой реакции в указанных условиях?
50. Какой знак будет иметь величина DG для процесса перехода жидкого бензола при 273 К в твердое состояние при той же температуре? Температура плавления бензола рана 278,5 К. Какое состояние бензола – жидкое или твердое – является наиболее устойчивым при 273 К?
51. Используя справочные данные, вычислите DG298 для следующих реакций:
1) 2CO2 = 2CO + O2;
2) CO + H2O = CO2 + H2;
3) N2 + 3 H2 = 2 NH3.
52. Для реакции СO + H2O = CO2 + H2 зависимость имеет следующий вид: DG0T = -47577 – 13,01.lnT + 0,00125.T2 + 
+ 132,6.T.
Выразить уравнением зависимость DS0T = f(T) для этой реакции.
53. Рассчитайте изменение энтропии при смешении моля водорода с 1 моль азота при давлении 1,013 . 105 Н / м2 и постоянной температуре.
54. Найдите изменение энтропии в процессе обратимого изотермического сжатия одного моля кислорода от 1,013 . 105 до 10,13 . 105 Н / м2.
55. Найдите изменение энтропии при переходе трех молей кислорода от объема 0,0336 м3 под давлением в 2,026 . 105 Н / м2 к объему 0,0672 м3 под давлением 1,013 . 105 Н / м2. Мольная теплоемкость кислорода Ср равна 29,370 Дж / моль.град.
56. Гексан кипит при t = 68,7 0С. Теплота испарения его при p = const равна 28,43 кДж / моль. Найти изменение энтропии этого процесса.
57. Считая Ср азота постоянной и равной 29,05 Дж / моль . К, вычислить изменение энтропии при нагревании 10 г N2 от 00С:
а) при p = const; б) при V = const.
58. Определить DS0298 реакции дегазации фосгена аммиаком. Необходимые данные взять из справочника.
59. Определить DS0298 для реакции получения фосгена по абсолютным значениям энтропии веществ CO + Cl2 = COCl2.
60. Вычислить энтропию хлорида серебра при 870 К.
61. В 0,3 кг жидкого ацетона поместили серебряную ложку массой 53 г. Определить энтропию системы при 298 К.
62. Определить изменение DS, если 100 . 10- 3 кг воды, взятой при 273 К, превращается в пар при 390 К. Удельная теплота испарения воды при 373 К равна 2263,8 кДж / кг. Удельная теплоемкость пара при p = const; Ср = 2,1 кДж / кг . К.
63. Определить, возможна ли реакция получения фосгена в стандартных условиях СО + Cl2 = COCl2.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 3117; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!