Задача № 9

Задача № 9
Изменение энтропии будет происходить в три этапа
1) изменение энтропии при охлаждении жидкого бензола с 320 до 279 К
2) изменение энтропии при замерзании (фазовом переходе) бензола
(фазовом переходе)
3) изменение энтропии при охлаждении твердого бензола
Суммарное уравнение:
Находим количесиво моль бензола (n)
n=m/M, где m-масса бензола, M-молярная масса бензола=78 г/моль
n=m/M=50/78=0,64 моль
T
T
H
S о бщ  n * (Cv ln 2 
 Cv ln 2 ) =
T1
T
T1
 0,64 * (59,5 ln
279
320

200
 9843
 73,24 ln
)  0.64 * (8,16  32,28  24,38) 
279
279
 43,47 Дж
Ответ: -43,47 Дж
Третье начало термодинамики говорит о том, как энтропия ведет себя
вблизи абсолютного нуля температур. Третье начало термодинамики относится
только к равновесным состояниям
Процессы фазового перехода (плавление, испарение, возгонка) проходят
при постоянной температуре (Т=const). Изменение энтропии рассчитывают по
уравнениям:
где ΔUф.п. и ΔНф.п. – теплоты фазового перехода, Т – абсолютная температура
фазового перехода, n – число моль.
1
2. Расчет изменения энтропии при нагревании жидких или твердых тел от
Т1 до Т2
а) процесс протекает при постоянном объеме и теплоемкости (V, CV = const):
б) процесс протекает при постоянном давлении и теплоемкости (р, Cр = const):
Задача № 19
Молярную массу растворенного вещества (сахара) находим из
следующей формулы
где М2 – молярная масса растворенного вещества; Е – эбуллиоскопическая
постоянная; g1 – масса растворителя; g2 – масса растворенного вещества,∆Т –
повышение температуры кипения растворителя над раствором.
Находим ∆Т – повышение температуры кипения растворителя относительно
чистого растворителя.
∆Т=(0,512*1*1000)/(100*342)=0,015 °С
В преведущей формуле в 100 грамах 1 % раствора g1 – 99 грам (масса рас
творителя); g2 – 1 грам (масса растворенного вещества).Температура кипения
раствора сахара:
Ткип.р-ра=Ткип растворителя+∆Т=373,15+0,015=373,165 К
Температуры кипения 1%-ных растворов сахара и кухонной соли будут
различатся, так как первое вещество неэлектролит, а второе электролит
Для растворов электролитов справедлива формула:
∆Ткип=К*См, где К-эбулиоскопическая константа, См-моляльная концентрация
(количество моль растворенного вещества в 1000 грам растворителя)
Моляльная концентрация 1% раствора хлорида натрия:
В 1000 грам растворителя (воды) будет содержатся 10 грам хлорида натрия.
Колисчество моль хлорида натрия
n=m/M, где m-масса хлорида натрия, M-молярная масса хлорида натрия =58,5
г/моль
n=m/M=10/58,5=0,171 моль, соответственно
См=0,171 моль/(1000 г растворителя)
Находим повышение температуры кипения раствора хлорида натрия:
∆Ткип=К*См=0,512*0,171=0,088 °С
Температура кипения раствора хлорида натрия:
Ткип.р-ра=Ткип растворителя+∆Т=373,15+0,088=373,238 К
2
Задача № 29
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Двохкомпонентная диаграмма, правилао фаз Гиббса
При 92°С. 65% воды, 35 % спирта
Две фазы-=вода и пар. Согласно правилу фаз Гиббса 1 степень свободы
Азеотроп. Пар однородного состава
Химическими
Жидкая фаза 80% воды,20 % спирта; пар-40% спирта ,60% воды
Задача № 39
Коэффициент распределения (КD ) равняется отношению концентрации вещества в
органической и водной фазах:
КD=
Сорг
Свод
где Сорг и Свод концентрации вещества в органической и водной фазе
соответственно
Степень экстракционного извлечения вещества из раствора (Е) находится из формулы
K D * 100
где Vвод и Vорг объемы водной и органической фазы
Vвод
KD 
Vорг
Из таблицы 2 приложения находим коэффициент распределения брома
между фазой и сероуглеродом. При 25°С КD брома между сероуглеродом и
водой равняется 77.
Находим степень экстракционного извлечения, объем водной фазы 2 л
(2000 мл), объем сероуглерода 150 мл
77 * 100
E=
=85,2%
2000
77 
150
E=
При объеме 50 мл
E=
77 * 100
=65,8%
2000
77 
50
Концентрация оставшегося в растворе вещества при повторной
экстракции n раз равняется:
3
100  E n
)
100
100  65,8 2
Сn = C 0 * (
) =96%
100
Сn = C 0 * (
1) Для увеличения степени извлечения нужно проводить многократную
экстракцию малыми объемами экстрагента.
2)Наиболее эффективна непрерывная Экстракция, осуществляемая в
многоступенчатых аппаратах (экстракторах) при противотоке исходного
раствора и экстрагента. В этом случае заданная степень Экстракция достигается
при наименьшем расходе экстрагента. Многоступенчатые экстракторы обычно
представляют собой вертикальные колонны, разделённые поперечными
перфорированными тарелками, вращающимися дисками, мешалками и т. п. на
ступени (секции). В каждой ступени происходит перемешивание
взаимодействующих фаз и их расслаивание. Т. о., исходный раствор и
экстрагент многократно перемешиваются и расслаиваются.
Задача № 49
Строим кондуктограмму
Электропроводность
190
180
170
160
150
140
130
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
V (AgNO3), ml
Находим точку эквивалентности. Количество раствора нитрата серебра соответствующее
точке эквивалентности находим из кондуктограммы. Объем в точке кондуктограммы где
наблюдается резкий изгиб (скачок) элекстросопротивления отвечает точке эквивалентности.
Объем нитрата серебра пошедшего на титрование приблизительно равняется 2,75 мл.
Напишем уравнение химической реакции:
AgNO3+NaBr=AgBr↓+NaNO3
Из уравнения реакции можна сделать вывод, что количесво моль нитрата
серебра пошедшего на титрование отвечает количеству моль бромида натрия
Находим количество моль AgNO3
4
n=C (AgNO3)*V=0.2*2.75/1000=0.00056 моль
где С(AgNO3)=0,2моль/л согласно условию задачи
Находим концентрацию раствора бромида натрия учитывая что 0,00056 моль
содержится в 50 мл раствора..
C = n /V=0,00056/0,05=0,011 моль/л
Объясним ход кондуктометрической кривой. При добавлении в качестве
титранта AgNO3 в раствор NaBr до точки эквивалентности наблюдается
понижение электропроводимости. Это обусловлено уменьшением количества
ионов в растворе (ионы обеспечивают проводимость раствора) так как в
процессе реакции образуется нерастворимое вещество AgBr. После точки
эквивалентности (в этой точке концентрация бромида ничтожно мала) при
добавлении нитрата серебра наблюдается повышение электропроводимости.
Это обусловлено тем, что новые порции нитрата серебра не вступают в
реакцию. Избыток нитрата серебра диссоциирует в растворе, а его ионы
повышают проводимость раствора.
Задача № 59
Энергию активации химической реакции можно вычислить по значениям
констант скоростей при двух различных температурах по уравнению:
Отсюда, уравнение для расчета энергии активации имеет вид:
Находим энергию активации:
9.6 * 10 5
8,314 * 273 * 313 * ln
4.1 * 10  5  604410 .9 =15090 Дж/моль
Еа=
313  273
40
5
Задача № 79
Величина адсорбция ПАВ в поверхностном слое связана с его концентрацией
уравнением Лэнгмюра:
или Г=Г  *К*С
где Г∞. – предельная адсорбция, С – концентрация адсорбата (ПАВ), К –
константа адсорбционного равновесия.
Связь между гиббсовской адсорбцией (Г) растворенного вещества, то есть
избытка растворенного вещества в поверхностном слое, и изме-нением
поверхностного натяжения раствора устанавливает фундамен-тальное
адсорбционное уравнение Гиббса, которое для разбавленных растворов
неэлектролитов записывается в виде:
Из адсорбционного уравнения Гиббса следует, что концентрирование вещества
в поверхностном слое или переход его в объем-ную фазу определяется знаком
6
производной dζ/dС. Предельное значение этой производной при С→0, взятой
со знаком «минус», называется поверхностной активностью g:
Исследуя поверхностное натяжение водных растворов, Дюкло и Траубе
установили зависимость между поверхностной активностью и числом атомов
углерода.
Правило Дюкло-Траубе: при уве-личении углеводородного радикала на группу
-СН2-, поверхностная актив-ность увеличивается в 3-3,5 раза.
Находим соотношение:

Г * R *T
для пропионовой кислоты
)1 
С
C

Г * R *T
для масляной кислоты
g n 1  ( ) 2 
С
C
Тогда:
g n  (
gn+1/gn=(Г1*С2)/(Г2*С1)
Подставляя в полученную формулу данные с таблицы получаем
β=
1) при адсорбции на поверхности графита
2) При адсорбции на поверхности силикагеля
Задача № 89
1. В избытке SrCI2
2. SrCI2+2NaF=SrF2+2NaCI
3. {m[SrF2]*n[Sr+2]](2n-x)F-]}+xxF4. Применяют разбавленные растворы для предотвращения коагуляции.
Присутствие посторонних ионов может привести к уменьшению толщины
двойного электрического слоя (ДЭС).
7
Избыток одного из реагентов вводят для образования ДЭС, а следовательно и
мицелл.
Задача № 99
Порог коагуляции равняется
3
Сэл * Vэл * 10 3 0,5 * 0,00106 * 10
Ск(KNO3)=
=
=180 ммоль/л
Vз  Vэл
0,005  0,00106
Сэл * Vэл * 10 3 0,02 * 0,0008 * 10 3
Ск(K2SO4)=
=
=2.76 ммоль/л
Vз  Vэл
0,005  0,0008
Сэл * Vэл * 10 3 Сэл * Vэл * 10 3
Ск(K3PO4)=
=
=0,27 ммоль/л
Vз  Vэл
Vз  Vэл
где Сэл-концентрация электролита
Vэл-объем электролита
Vз-объем золя
Золь имеет заряд ,,+''
Коагуляция-объединение мелких частиц дисперсных систем в более крупные
под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур.
Формула исходного золя
{[CdCI2]Cd2+(2n-x)CI-}2x+2xCIФормула скоагулированного золя
{[CdCI2]Cd2+(2n-y)CI-}2y+2yCIгде x>>у Строение мицелл отличается толщиной ДЭС
Коагуляцию вызывает негативно заряженный ион.
Задача № 109
Согласно уравнению Гельмгольца-Смолуховского
ξ=
U *
 *0 * H
ξ-электрокинетический потенциал
η-вязкость среды Н*с/м2
U-скорость движения золь-боковая жидкость, м/с
Н-напряженность поля В/м
Е-напряженность поля
l-расстояние между электродами
ε* ε0-диэлектрическая проницаемость
U1=S/t=0.025/1800=1.389*10-5 м/c
U2=S/t=0.011/1800=6,111*10-6 м/c
8
U * 10 3
U *
ξ1=
=
=48,44 мВ
 *  0 * H 81 * 8,85 * 10 12 * 400
U * 10 3
U *
ξ2=
=
=21,31 мВ
 *  0 * H 81 * 8,85 * 10 12 * 400
1)Формула золя
{[AgI]Ag+(n-x) I-}x+xI- (до добавления)
{[AgI]Ag+(n-у) I-}у+уI- (после добавления) где x>>у
3) Добавление электролита ведет к уменьшению толщины ДЭС а следовательно и
уменьшению ξ-потенциала, что подтвердили расчеты задачи.
Задача № 119
Степень набухания a определяется массой жидкости ( в кг ), которая поглощается на
данной стадии набухания и при данной температуре 1 кг высокополимера:
При Т=291 К
Время,с Масса
0
1,09
50
7,14
100
11,55
150
14,66
200
16,46
250
16,9
Степень
набухания
0
5,550459
9,59633
12,44954
14,10092
14,50459
При Т=318 К
Время,с Масса
0
2,05
50
21,52
100
37,43
150
19,48
200
1,15
Степень
набухания
0,880734
18,74312
33,33945
16,87156
0,055046
9
35
T=318 K
30
25
20
T=291 K
15
10
5
0
0
50
100
150
200
250
t, c
Желатин лиофильный к воде. На степени скорость набухания одного и того же
ВМС в одном и томже растворителе влияют такие факторы, как температура,
давление, pH среды, присутствие посторонних в – в, в особенности
электролитов, степень измельчённости полимера, (возраст) полимера. При
повышении температуры скорость набухания увеличивается, а степень
предельного набухания уменьшается.
Влияние pH среды хорошо изучено для белков и целлюлозы. Минимум
набухания лежит в области изоэлектрической точки (для желатины, например,
при pH 4,7 ), по ту и другую сторону от этой точки степень набухания
возрастает и, для сильных максимумув (из них большой в кислой зоне при pH
3,2), вновь уменьшается.
На скорость набухания влияет повышение степени измельченности.
Влияние возраста всегда однозначно: чем свежее (моложе) ВМС, тем больше
степень набухания и скорость набухания.
Задача № 129
Согласно формуле (уравнение Эйнштейна)
η=η0(1+α*φ)
где η-вязкость коллоидного раствора
η0-вязкость растворителя
α-коэффициент формы (для сферических частиц α=2,5)
φ-концентрация коллоидного раствора
Подставляя данные в исходную формулу, получаем
1,05*10-3=10-3(1+2,5*0,02), отсюда
10
φ=19% (объемная концентрация)
Определение графически
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
1. Уравнение Энштейна для ньютоновских жидкостей. Ньютоновская жидкость
- это жидкость, которая продолжает течение (не перестает течь) вне
зависимости от внешних сил, действующих на нее (то есть даже если эти силы
очень малы, лишь бы они не были строго нулевыми). Например, вода является
ньютоновской жидкостью, потому что она продолжает демонстрировать
свойства жидкости вне зависимости от скорости перемешивания.
2. Форма частиц влияет на коэффициент формы -α (для сферических
частиц α=2,5)
11