Задача № 14 3 Задача № 33 4 Задача № 45 5 Задача № 77 6 Задача № 96 7 Задача № 108 8 Задача № 125 9 Задача № 147 10 Задача № 162 11 Список литературы 12
Задача № 14
Рассчитайте количество теплоты, которое будет поглощено при восстановлении 1 кг цинка графитом, происходящем при стандартных условиях по уравнению: ZnO(кр) + C(кр) = Zn(кр) + CO(г)
Решение
Согласно закону Гесса, суммарный тепловой эффект химической реакции при стандартных условиях равен ΔrH0298 = Σ ΔfH0прод. - Σ ΔfH0исх.
Учитывая, что ΔfH0298 простых веществ принимают равным нулю, для реакции ZnO(кр) + C(кр) = Zn(кр) + CO(г)
Изменение энтальпии ΔrH0298 = 237,58 кДж соответствует восстановлению 1 моль цинка. Рассчитаем количество теплоты, которое будет поглощено при восстановлении 1 кг цинка. Молярная масса цинка M(Zn) = 65 г/моль. Химическое количество цинка, соответствующее массе 1 кг (1000г): n(Zn) = m(Zn)/ M(Zn) = 1000/65 моль.
Пользуясь справочными данными, рассчитайте абсолютную энтропию 1 кг воды при 2000С и давлении 101 кПа. Теплоемкость газообразной воды равна 34,4 Дж/моль•К.
Решение
Зависимость абсолютного значения энтропии от температуры для 1 моля вещества:
S0T2= S0T1 + C0P298 ln T2 / T1
Абсолютная энтропия 1 моль воды при 2000С (473К) и давлении 101 кПа:
Рассчитаем абсолютную энтропию 1 кг воды при 2000С и давлении 101 кПа. Молярная масса воды M(Н2О) = 18 г/моль. Химическое количество воды, соответствующее массе 1 кг (1000г): n(Н2О) = m(Н2О)/ M(Н2О) = 1000/18 моль.
Рассчитайте термохимическую возможность протекания реакции при стандартных условиях Fe3O4(кр) + 4CO(г) = 3Fe(кр) + 4CO2(г)
Изменится ли направление ее протекания, если повысить температуру до 1000 К. Ср ≠ f(T).
Решение.
Термодинамическая возможность протекания реакций определяется изменением энергии Гиббса: при ΔG < 0 протекание реакции в прямом направлении возможно, при ΔG > 0 невозможно (возможно протекание реакции в обратном направлении). Изменение энергии Гиббса реакции рассчитывают по формуле:
ΔG0T = ΔH0T – TΔS0T.
1) Для стандартных условий: ΔG0298 = ΔH0298 – 298ΔS0298.
Согласно закону Гесса, учитывая, что энтальпии образования простых веществ равны нулю, для реакции Fe3O4(кр) + 4CO(г) = 3Fe(кр) + 4CO2(г) изменение энтальпии равно:
ΔG01000 > 0, следовательно, протекание реакции в прямом направлении при 1000 К термодинамически невозможно.
Задача № 77
Нарисуйте диаграмму состояния Pb – Sn, постройте кривую охлаждения для состава, заданного фигуративной точкой М3. Рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой охлаждения, указав при этом, как будут изменяться составы жидкой и твердой фаз. Укажите путь кристаллизации. Для т.8 рассчитайте массы твердых фаз, находящихся в равновесии, если общая масса равна 1 кг.
Решение.
Точке М3 соответствует эвтектический состав смеси Pb – Sn, поэтому профиль кривой охлаждения аналогичен кривой однокомпонентной системы:
1) Число степеней свободы определяется правилом Гиббса: С = К – Ф + n Для двухкомпонентной системы с конденсированными фазами (при постоянном давлении): С = 3 – Ф
а) На первом участке кривой охлаждения (соответствует охлаждению расплава до начала кристаллизации) Ф = 1; С = 3 – 1 = 2. б) На втором участке кривой (соответствует кристаллизации эвтектического состава) Ф = 3; С = 3 – 3 = 0. в) На третьем участке кривой (соответствует охлаждению смеси двух твердых растворов) Ф = 2; С = 3 – 2 = 1.
2) Путь кристаллизации: прямая М3Е.
3) В точке 8 две твердые фазы, находящиеся в равновесии – это твердые растворы α (раствор олова в свинце) и β (раствор свинца в олове). Исходя из диаграммы состояния, состав содержит 80% Sn и 20% Pb, т.е. 1 кг содержит 800 г олова и 200 г свинца. Обозначим массу раствора α за х, массу раствора β за у. Как видно из диаграммы состояния (т.a и b), раствор α содержит 14% Sn и 86% Pb; раствор β – 95%Sn и 5% Pb. х + у = 1000 0,14х + 0,95у = 800 Решив систему уравнений, получаем: х = 185,2 г; у = 814,8
Масса раствора α (твердый раствор олова в свинце) =185,2 г; Масса раствора β (твердый раствор свинца в олове) = 814,8 г.
Задача № 96
Составьте схему концентрационного гальванического элемента из водородных электродов, определив рН раствора электролита, в который помещен анод, если φк = – 0,118В, а ЭДС элемента равна 472 мВ. Запишите уравнения анодно-катодных процессов. Рассчитайте значения А'М, ΔG и Кр.
Решение
Концентрационный гальванический элементо - это гальванический элемент с одинаковыми электродами в электролитах с различной концентрацией потенциалопределяющих ионов. Электрод в растворе с меньшей концентрацией электролита – анод, с большей – катод.
φа = φр(2Н+/Н2) = – 0,059рН.
ЭДС реакции ε = φк - φа = – 0,118 – (– 0,059рН) = 0,472 В.
Составьте схему электролиза 1М раствора AgNO3 на инертных электродах и рассчитайте выход по току (ВТ), если за 25 мин при силе тока 3 А масса катода увеличилась на 4,8 г. Какое вещество и сколько его по массе и объему (н.у.) выделилось на аноде? Ответ подтвердите, записав уравнение электродных реакций и суммарное уравнение электролиза. Определите электрохимический эквивалент металла.
Определите термодинамическую возможность коррозии оловянных изделий в условиях: а) кислой среды (рН = 3) без доступа О2; б) щелочной среды (рН = 10) с доступом О2. Ответ подтвердите соответствующими уравнениями и количественными расчетами.
Решение
а) Если в условиях кислой среды (рН = 3) без доступа О2 будет происходить коррозия оловянного изделия, то анодом будет Sn, а на примесных центрах будут разряжаться ионы Н+ (водородная деполяризация).
ΔG > 0, следовательно, процесс коррозии оловянных изделий в условиях кислой среды (рН = 3) без доступа О2 термодинамически невозможен.
б) При коррозии в условиях щелочной среды (рН = 10) с доступом О2 анодом будет Sn, а на примесных центрах будут разряжаться молекулы О2 (кислородная деполяризация).
ΔG < 0, следовательно, процесс коррозии оловянных изделий в условиях щелочной среды (рН = 10) с доступом О2 термодинамически возможен.
Задача № 147
Железо-никелевые (щелочные) аккумуляторы: схема, уравнения процессов при разрядке и зарядке. Основные характеристики аккумуляторов, преимущества и недостатки, их применение.
Решение
Аккумуляторы – это химические источники электрического тока многократного действия. Щелочные (железо-никелевые ЖНА и кадмий-никелевые КНА) аккумуляторы занимают второе место по распространенности после свинцовых. В готовом к употреблению (заряженном) ЖНА анодом служит железо, катодом – гидратированный оксид никеля (III) NiOOH. Электроды могут быть различной конструкции: ламельные, спеченные, прессованные. Электролит – водный раствор КОН с добавлением небольшого количества LiOH для улучшения работоспособности окиснонокелевого электрода.
Схема заряженного ЖНА:
– Fe KOH NiOOH + LiOH
При работе (разрядке) аккумулятора на электродах происходят реакции:
ЭДС заряженного ЖНА равна примерно 1,4 В. При работе ЭДС падает; когда его значение становится ниже 1 В, аккумулятор заряжают, подключая к внешнему источнику тока.
Суммарное уравнение процесса зарядки: I 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2 → 2NiOOH + 2H2O + Fe
Щелочные аккумуляторы имеют высокий ресурс: 1 – 2 тысячи циклов. ЖНА дешевле КНА, но имеют более низкие значения отдачи по току и энергии и характеризуются повышенным саморазрядом из-за коррозии железа в щелочной среде. Газовыделение при коррозии делает невозможной полную герметизацию ЖНА, поэтому, в отличие от КНА, их не используют в приборах бытовой техники ., ср-вах связи и т.п. ЖНА применяют в основном для изготовления тяговых аккумуляторных батарей большой емкости (до 1200А•ч).
Задача № 162
Элементарные полупроводники и их классификация по периодической таблице. Особенности химической связи у элементарных полупроводников IV группы. Правило Юм-Розери.
Решение
Элементарные полупроводники – это элементы, проявляющие полупроводниковые свойства в виде простых веществ. Элементарные проводники расположены компактной группой в периодической таблице, правее т.н. границы Цинтля (кроме бора), расположенной между подгруппами IIIа и IVа. Все они являются р – элементами с незавершенными р – подуровнями внешнего электронного слоя, имеющие более 4 валентных электронов (кроме бора). В простых веществах, имеющих собственную проводимость, выполняется правило Юм-Розери (правило октета), согласно которому координационное число атома в полупроводнике равно 8 – N, где N – номер группы периодической системы. Для полупроводников IV группы (С, Si, Ge, Sn), имеющих 4 валентных электрона, координационное число равно 8 – 4 = 4 (тетраэдрическая структура).
Список литературы
1. Бондарь И.В., Молочко А.П., Соловей Н.П., Позняк А.А. Учебно–методическое пособие для студентов всех специальностей БГУИР. 2. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк.,2000 3. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия / Под ред. А.Г.Стромберга – М.: Высш. шк.,1988.
. 