Задание для курсовой работы по физической химии

1. Запишем реакцию образования глюкозы:6C(т) + 6H2(г) + 3O2(г) = C6H12O6(т)По следствию закона Гесса тепловой эффект реакции может быть выражен через разность теплот сгорания исходных веществ и продуктов реакции:ТогдаΔfH298 = 6∙ΔcH(C) + 6∙ΔcH(H2) + 3∙ΔcH(O2) - ΔcH(C6H12O6)Теплоты сгорания углерода и водорода равны теплотам образования диоксида углерода и воды. Теплота сгорания кислорода равна нулю. Находим все величины в справочнике и подставляем в уравнение:ΔfH298 = 6∙(-393,51) + 6∙(-285,83) + 3∙0 – (-2802,04) = -1274 кДж/мольДля расчета ΔfH398 воспользуемся уравнением Кирхгоффа:∆H3980=∆H2980+298398∆CpdTпринимая, что изобарные теплоемкости веществ постоянны в интервале от 298 до 398 К получим:ΔfH398 = ΔfH298 + ΔCp∙(398 - 298)рассчитаем изменение изобарной теплоемкости в ходе реакции образования глюкозы (теплоемкости веществ находим в справочнике):ΔCp = Cp(C6H12O6) – 6∙Cp(С) – 6∙Cp(H2) – 3∙Cp(O2) = 207,44 - 6∙8,54 – 6∙28,83 – 3∙29,37 = -104,89 Дж/моль∙КРассчитываем энтальпию образования при 398К:ΔfH398 = -1274000 + (-104,89)∙(398 - 298) = -1284489 Дж/моль.2. При данных условиях в выражении можно выделить две составляющих: нагревание воды до температуры 300℃ (573 К) при давлении 1 атм и сжатие до 2 атм. Нагревание включает в себя изменение энтропии при фазовых переходах и нагревание каждой фазы:∆Sнагр=0273Cp,твTdT+∆Hпл273+273373Cp,жTdT+∆Hкип373+373500Cp,гTdTи изменение энтропии при сжатии:∆Sсж=R∙lnP1P2=R∙ln12=-R∙ln2Тогда окончательное выражение:∆S=∆Sнагр+∆Sсж=0273Cp,твTdT+∆Hпл273+273373Cp,жTdT+∆Hкип373+373500Cp,гTdT-R∙ln23. Энтропию можно найти по формуле:ΔST0= ΔS2980+298TCvTdTПримем, что неон проявляет свойства идеального газа. Для идеального одноатомного газа изохорная теплоемкость равна 3R/2. ТогдаΔS5000= ΔS2980+3∙R2∙ln500298Рассчитываем энтропию:ΔS5000=146,2+3∙8,312∙ln500298=152,7 Джмоль∙К3377565648335004. Дистилляцией, или дробной перегонкой, называют разделение жидких растворов, основанное на отличии состава жидкости от состава образующегося из нее пара. Дистилляция осуществляется путем частичного испарения и последующей конденсации пара. Отогнанная фракция (дистиллят) обогащена более летучим (низкокипящим) компонентом, а неотогнанная жидкость, называемая кубовым остатком (конденсатом) - менее летучим (высококипящим) компонентом.Рассмотрим дистилляцию системы без экстремумов:Нагреваем жидкий раствор до температуры t', в конденсате остается компонент В, мольная доля которого составляет (NBж)'. Если увеличить температуру и нагревать конденсат до температуры t'', то мольная доля компонента В увеличиться и будет составлять (NBж)'', а при t'''- (NBж)'''. При дальнейшем увеличении температуры в процессе дистилляции мольная доля высококипящего компонента В в конденсате все время будет увеличиваться, пока не достигнет единицы. Это условие означает, что окончательно кубовый остаток будет состоять из одного высококипящего компонента В, а низкокипящий компонент А полностью перейдет в дистиллят. Таким образом, жидкий раствор удается разделить на два компонента.Количественно оценку дистилляции проводят при помощи коэффициента разделения. Коэффициент разделения определяет содержание компонента в паровой фазе относительно его содержания в жидкой фазе.Соотношение между жидкой и паровой фазами в гетерогенной области II диаграммы состава двухкомпонентной системы находят по правилу рычага:left63500Если система находится в гетерогенной области (II) в точке Ф, то состав равновесных фаз и их отношение можно найти с помощью конноды – прямой, проходящей через точку Ф до пересечения с линиями пара и жидкости. Пересечение с линией пара даст состав паровой фазы, а пересечение с линией жидкости – состав жидкости. Правило рычага гласит: отрезки на прямой, соединяющей на диаграмме состава двухкомпонентной системы паровую и жидкую фазы, отсекаемые определенной точкой на этой прямой, обратно пропорциональны числу молей каждой из фаз. Таким образом, отношение количества пара к количеству жидкости будет определяться по соотношению:nпnж=|Фtж||tпФ|5. Изотонический коэффициент i равен отношению полученных в опыте величин осмотического давления πоп, изменения температуры ΔTзам,оп и ΔTкип,оп к теоретически рассчитанным данным величинам:i=∆Tзам,оп∆Tзам=∆Tкип,оп∆Tкип=πопπгде ΔTзам, ΔTкип, π – понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения, осмотическое давление раствора, вычисленные в предположении отсутствия диссоциации, то есть по формуламπ = C∙R∙TΔTзам = Kкр∙mΔTкип = Kэб∙m6. Активная концентрация – это концентрация H+-ионов.Найдем интервал активности желудочного сока в норме:pH = -lg a[H+] pH = 0,8 значит а[H+] = 10-0,8 = 0,16pH = 2 значит а[H+] = 10-2 = 0,01Активность ионов водорода в желудочном соке пациента равна 0,01 моль/л, что соответствует нижней границе нормы. Возьмем середину интервала активности в норме. a = (0,16+0,01)/2 = 0,085 моль/л.Разница с активной концентрацией ионов водорода в желудочном соке:Δa = 0,085 – 0,01 = 0,075 моль/л.Такую разницу активности нужно создать добавлением соляной кислоты. Найдем ее концентрацию, учитывая, что a = f∙C.С = a/f = 0,075/0,25 = 0,3 моль/л.7. Существует несколько методов определения порядка реакции.а) аналитический метод определения заключается в том, чтобы подставлять в выражение для констант для разных порядков значений концентраций и соответствующих времен. Так, для нулевого порядка выражение для расчета константы имеет вид:k = (C0 – C)/τдля первого: k=2.3t∙lgC0Cдля второго: k=1τ(1C-1C0)и так далее. Если при подстановке концентрационного ряда в выражение определенного порядка константы имеют близкие значения, то делается вывод о соответствии реакции данному порядку.б) графический метод заключается в построении концентрационных зависимостей в линейных координатах разных порядков. Например, для первого порядка строится зависимость С = f(τ), для первого: lnC = f(τ), для второго: 1/C = f(τ), и так далее. Если концентрационная зависимость ложится на прямую линию, то делается вывод о соответствии реакции уравнению данного порядка.в) по временам полупревращения. Метод заключается в подстановке в выражение для времени полупревращения разных начальных концентраций и соответствующего времени полупревращения. Например, для нулевого порядка время полупревращения рассчитывается по формуле:τ12=0.5∙C0/kдля первого:τ12=0,693/kи так далее. В том случае, если константы равны (близки), делают вывод о соответствии реакции уравнению выбранного порядка.г) метод Вант-Гоффа. Порядок определяется по формуле:ni=lgw1-lgw2lgC0,1-lgC0,2Значит для определения порядка реакции достаточно двух разных начальных концентраций и соответствующих значений скоростей.д) метод Оствальда-Нойеса. Порядок определяется по формуле:ni=lgτ12'τ12''lgC0,2C0,1+1Значит для определения порядка реакции достаточно двух разных начальных концентраций и соответствующих значений времен полупревращения.8. Найдем молярную электропроводность раствора, используя формулу:λ = χ/(1000∙C) = 0,895/(1000∙0,1) = 8,95∙10-3 См∙м2∙моль-1По закону Кольрауша молярная электропроводность раствора электролита складывается из молярных электропроводностей ионов, составляющих этот электролит, то естьλ = λ+ + λ- = λ(Li+) + λ(X-)Выражаем и вычисляем молярную электропроводность X-:λ(X-) = λ - λ(Li+) = 8,95∙10-3 - 3,95∙10-3 = 5,00∙10-3 См∙м2∙моль-1.