Фізична хімія для біологів ..., розділи 5-6

Розділ 5. Застосування термодинаміки до фазовим равновесиям.

1. Зобразіть діаграму стану вуглекислого газу. Покажіть, як змінюється число фаз, що знаходяться в рівновазі, і число ступенів свободи при зміні температури одного благаючи СО2 від - 1000 С до 250 С при Р = 1 атм. Чи зміниться відповідь, якщо розглядати систему з двох молей СО2?

2. Чому "сухий лід" (твердий вуглекислий газ) при звичайних умовах випаровується, а "звичайний" лід плавиться?

3. Чому дорівнює число ступенів свободи в однокомпонентної системі, якщо число фаз, що знаходяться в рівновазі, так само а) 1, б) 2, в) 3?

4. Запишіть умови рівноваги в системі лід - рідка вода.

6. Зобразіть залежності хімічного потенціалу і мольної обсягу води від температури поблизу температури плавлення при Р = 1атм.

7. Зобразіть залежності хімічного потенціалу і мольной ентропії води від температури поблизу нормальної температури кипіння.

8. Зобразіть залежності хімічного потенціалу і мольної обсягу СО2 від температури поблизу температури плавлення при р = 10 атм.

9. Як змінюється температура плавлення льоду і температура кипіння води зі зменшенням тиску? Потім виберіть правильний варіант відповіді: | Т (пл) | > | Т (кип) | , | Т (пл) | = | Т (кип) | або | Т (пл) | <| Т (кип) | , де Т (пл) і Т (кип) - зміна температури плавлення і температури кипіння відповідно.

10. Отримайте рівняння для залежності температури плавлення чистого речовини B в залежності від тиску. Які властивості речовини будуть визначати, збільшиться чи зменшиться температура плавлення при збільшенні тиску?

11. Чи можна використовувати рівняння Клаузіуса-Клапейрона в формі dlnp / dT = H / RT2 для розрахунку ентальпії переходу між двома кристалічними модифікаціями біологічно активної речовини?

12. Як розрахувати, при якому тиску температура плавлення льоду знизиться від 0 до -1 0С? Чи потрібні для цього додаткові довідкові дані?

13. У температурному інтервалі 99 1000 С при тиску, рівному 1 атм, киплять вода і 2,2,4-триметилпентан. Для якого з цих речовин можна, не використовуючи додаткових даних, оцінити тиск насичених парів при кімнатній температурі? Для якого з цих речовин тиск парів при кімнатній температурі буде вище?

14. Чи залежить тиск пара над рідиною, ентальпія і ентропія випаровування від числа молей речовини?

15. Вам відомі стандартні ентальпії освіти і ентропії двох кристалічних модифікацій речовини А 'і A "при температурі T. Запропонуйте спосіб оцінки тиску, при якому ці модифікації речовини буде співіснувати при даній температурі. Густині модифікацій 'і "Відповідно.

16. Як з довідкових даних визначити, при якому тиску пари йоду будуть перебувати в рівновазі з кристалічним йодом при 25 0С. Що буде, якщо при цій температурі збільшити (зменшити) зовнішній тиск?

17. Як з довідкових даних визначити, при якому тиску пари ртуті будуть перебувати в рівновазі з рідкою ртуттю при 25 0С. Що буде, якщо при цій температурі збільшити (зменшити) зовнішній тиск?

18. Як з довідкових даних розрахувати тиск насиченої пари сульфурілхлоріда SO2Cl2 при 25 0С. Що станеться, якщо при цьому тиску збільшити (зменшити) температуру?

19. Як з довідкових даних розрахувати тиск насиченої пари дисульфіду вуглецю CS2 при 25 0С? Що станеться, якщо при цьому тиску збільшити (зменшити) температуру?

20. Як з довідкових даних визначити, що стійкіше при 25 0С і 1 атм - ромбічна або моноклінна сірка? При якій температурі при стандартному тиску ромбическая і моноклінна сірка будуть перебувати в рівновазі?

21. Як з довідкових даних визначити, що стійкіше при 25 0С і 1 атм - білий або червоний фосфор? При якому тиску при цій температурі білий і червоний фосфор будуть перебувати в рівновазі?

22. Отримано речовину, яке кипить при 25 0С, якщо тиск дорівнює 9 мм рт. ст. Як знайти нормальну точку кипіння? Чи потрібні для цього додаткові довідкові дані?

23. Визначити при якій температурі буде кипіти хлорбензол при тиску 2 мм рт. ст., якщо його н.т.к. 405.4 К, а при 4 мм рт. ст. він кипить при 383.2 К.

24. Тиск пари метилового спирту при температурі 293 К дорівнює 94 мм рт. ст., а при 313 К - 259.4 мм рт. ст. Знайти ентальпію випаровування метанолу та тиск пара спирту при 333 К.

25. Залежність тиску насиченої пари фреону ССl2F2 від температури виражається рівнянням: lgP (Па) = 34.5 - 2406.1 / Т - 9.26 lgT + 0.0037 Т. Знайдіть ентальпію випаровування 1 благаючи фреону при 298 К.

26. Залежність тиску насиченої пари перфторорганічних з'єднання, що використовується в якості компонента штучної крові, від температури має вигляд: lg Р = а - b / Т - з lg T (Т, К, Р, Па), де а, b, с - постійні. Знайдіть залежність ентальпії і ентропії випаровування цього з'єднання від температури.

27. Знайдіть мольну ентальпію і ентропію сублімації білого фосфору при 298 К, ​​якщо тиск пари над твердим речовиною виражено у вигляді lg Р (мм рт. Ст.) = 9.6511 - 3296.9 / T.

28. Залежність тиску пари Р над рідким речовиною Д від температури Т (К) описується наступним рівнянням: lg Р = А - В / Т. Як розрахувати U і G в разі випаровування двох молей речовини Д? Які допущення Ви використовували?

29. Стандартна ентальпія утворення твердого 1-аминоадамантана (С10Н15NН2), який є основою противірусного препарату "Мідантан", дорівнює fН0 при 298 К. Залежність тиску насиченої пари над твердим з'єднанням може бути виражена рівнянням:

lgP (атм) = A - B / T - ClgT (K). як розрахувати fН0 і fU0 при 298 К для газоподібного 1-аминоадамантана?

30. Експериментально визначено залежність тиску насиченої пари рідкого речовини А від температури у вигляді ln Р = A + B / T + C ln T. Також експериментально виміряна ентальпія освіти газофазной молекули А. Запропонуйте спосіб розрахунку ентальпії освіти рідкої речовини А з даних двох експериментів.

31. Ентальпія випаровування води при 373 К і тиску 1 атм дорівнює 9710 кал / моль, а теплоємності рідкої води і пара рівні 18.0 і 8.4 кал / моль? До відповідно. Як оцінити ентальпію випаровування води при 383 К (Р2> 1 атм)?

32. Залежність тиску насиченої пари (ідеальний газ) над деякою рідиною від температури виражається рівнянням:

ln Р (атм) = A - B / T - C ln T + DT (A, B, C, D - позитивні постійні величини). Відома стандартна мольная ентропія рідини (Ж) при температурі TХ <TН.Т.К .. Як, використовуючи ці дані, можна розрахувати стандартну мольну ентропію пара при температурі TХ: (Пар)

(Р = 1 атм)?

33. Залежність тиску насиченої пари (ідеальний газ) над деякою рідиною від температури виражається рівнянням:

ln Р (атм) = A - B / T - C ln T + DT (A, B, C, D - постійні позитивні величини). Як, використовуючи ці дані, можна розрахувати зміна стандартного значення енергії Гіббса ( Р = 1 атм) при випаровуванні благаючи рідини при температурі TХ <TН.Т.К ..? Чому в цьому випадку ? 0, тоді як у разі випаровування рідини при нормальній температурі кипіння G0 = 0?

34. Використовуючи рівняння Клапейрона-Клаузіуса, покажіть, що поблизу потрійної точки однокомпонентной системи крива температурної залежності тиску насиченої пари над твердим речовиною має більший нахил, ніж аналогічна крива для рідини.

35. Залежність тиску пари від температури над твердою речовиною може бути виражена у вигляді ln P = a - b / T, а над рідким речовиною ln P = a * - b * / T (T, K; P, Па), де а , а *, b, b * - постійні. Знайдіть H затвердіння речовини в потрійній точці.

36. Залежність тиску пари від температури над твердою речовиною може бути виражена у вигляді lg Р = a - b / T, а над рідким речовиною:

lg Р = a * - b * / T (T, K; P, Па), де а, b, а *, b * - постійні. Знайдіть S плавлення речовини в потрійній точці.

Розділ 6. Хімічні рівноваги.

1. У разі повного окислення глюкози відповідно до рівняння: С6Н12О6 (тв.) + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О (ж) rG0 = - 2862 кДж / моль при 298 К. Як розрахувати енергію Гіббса цієї реакції, якщо вона протікає на повітрі (парціальні тиску О2 і СО2 прийняти рівними 0.2 і 0.0003 атм відповідно)?

2. Константа рівноваги реакції Н2 (г) + J2 (г) = 2HJ (г) при температурі Т дорівнює 50. Чи буде відбуватися утворення HJ (г) при температурі Т і наступних початкових концентраціях реагентів С (моль / л), якщо гази вважати ідеальними?

N С (Н2) С (J2) С (HJ) 1 0.5 0.25 5 2 1 2 10

3. Константа рівноваги реакції Н2 + J2 (г) = 2HJ (г) при температурі Т дорівнює 50. Як розрахувати стандартну енергію Гіббса цієї реакції? Чи буде відбуватися утворення HJ (г) при температурі Т і наступних початкових концентраціях реагентів С (моль / л), якщо гази вважати ідеальними:

N С (Н2) С (J2 (г)) С (HJ (г)) 1 2 5 10 2 1 1 1

4. Тиск дисоціації оксиду двовалентного перехідного металу при температурі Т дорівнює Р1 Па. Чи буде окислюватися цей метал в кисні, взятому при тиску Р2 = 10 Р1?

5. При змішуванні n0A молей кристалів А і n0B молей газу В при рівновазі утворюється nC молей газу С по реакції А + 2В = 3С при загальному тиску Р. Запропонуйте спосіб розрахунку стандартної енергії Гіббса даної хімічної реакції. Які додаткові експерименти необхідні для визначення стандартної ентропії цієї реакції?

6. При змішуванні n0A молей газу А і n0B молей газу В при рівновазі утворюється nC молей газу С по реакції 2А + 3В = 5С при загальному тиску Р. Запропонуйте спосіб розрахунку стандартної енергії Гіббса даної хімічної реакції. Які додаткові експерименти необхідні для визначення стандартної ентальпії цієї реакції?

7. Коли при постійних тиску і температурі по зміні ентальпії можна судити про направлення хімічної реакції?

8. У ізольованій системі протікає хімічна реакція. Зобразіть якісно залежність внутрішньої енергії і ентропії системи від хімічної змінної.

9. Визначте КР газофазной реакції окислення аміаку при температурі Т = 1000 К, що протікає по рівнянню: NH3 + 0.75O2 = 0.5N2 + 1.5H2O, якщо константи рівноваги реакцій утворення 1 моля NH3 (г) і Н2О (г) з простих речовин при тієї ж температурі рівні КР1 і КР2 відповідно.

10. Як розрахувати мольну частку PCl5 в рівноважної суміші при температурі Т (К) і загальному тиску 2 атм, якщо 2 благаючи PCl3 (газ) змішані з 1 молем Cl2 (газ), а константа рівноваги реакції: PCl3 (г) + Cl2 ( г) = PCl5 (г) дорівнює 1 при тій же температурі? розрахувати rG0Т. Гази вважати ідеальними.

11. Виведіть співвідношення між КP і КC для реакції А + В = С, де всі учасники реакції - ідеальні гази. Наведіть розмірність КР і КС.

12. Визначити КР і КС для реакції SO2Cl2 (г) = SO2 (г) + С12 (г) при 300 К і тиску 0.5 атм, якщо ступінь дисоціації SO2Cl2 дорівнює 23.4%.

13. Знайдіть склад рівноважної суміші, якщо при 718 К для газофазной реакції Н2 + I2 = 2 HI КР = 45.7. Вихідні речовини взяті в еквівалентних кількостях.

14. Константа рівноваги реакції СО + Н2О = СО2 + Н2, яка протікає при тисяча вісімдесят дев'ять До в газовій фазі, дорівнює 1. Знайдіть склад рівноважної суміші, що виходить з 2 молей СО і 3 молей Н2О. Гази вважати ідеальними.

15. Як обчислити U, Н, F і константу рівноваги для реакції С2Н2 + 2Н2 = С2Н6, що протікає в газовій фазі при 500 К і тисках кожного газу, рівних 2 атм, з довідкових даних? Записати вираз для константи рівноваги при обраних Вами початкових кількостях реагентів. Гази вважати ідеальними.

16. Як обчислити Н і S для реакції: С (графіт) + 0.5О2 = СО при 1000 К і тисках кожного газу, рівних 2 атм з довідкових даних. Записати вираз для константи рівноваги для цієї реакції. Гази вважати ідеальними.

17. Як обчислити G і константу рівноваги для реакції: С (графіт) + СО2 = 2СО при 1000 К і тисках кожного газу, рівних 5 атм з довідкових даних? Гази вважати ідеальними.

18. Як обчислити G і константу рівноваги для реакції: СаО (тв) + CО2 = СaCО3 (тв.) При 1000 К і тиску газу, рівного 3 атм зі стандартних даних. Газ вважати ідеальним.

19. Рівноважний тиск парів кисню над Ag2O при Т (0С) одно 207 мм рт. ст. як розрахувати fG0 Ag2O при цій температурі? Записати рівняння, за яким можна дізнатися, чи піде утворення оксиду срібла на повітрі при тій же температурі.

20. При дисоціації NH4CI (тв) = NH3 (г) + НС1 (г) рівноважний тиск газів при 700.15 К одно 4560 мм рт. ст., а при 732.15 К - 8360 мм рт. ст. Знайдіть ентальпію цієї реакції в припущенні, що вона не залежить від температури.

21. Залежність константи рівноваги реакції СО + 3Н2 = СН4 + Н2О,

протікає в газовій фазі, від температури має вигляд ln KР = - a + b / T. Стандартна ентальпія згоряння метану при 298 К дорівнює сН0 (CH4) кДж / моль, а стандартні ентальпії утворення Н2О (г) і СО2 (г) рівні fH0 (H2O) і fH0 (CO2) кДж / моль. Стандартна ентальпія випаровування води становить VH0 кДж / моль. Знайдіть стандартну ентальпію утворення СО (г).

22. Температурна залежність константи рівноваги реакції

Н2О (г) + СО (г) = Н2 (г) + СО2 (г) описується наступним рівнянням: lgKP = 2156 / T - 2.2, а ентальпія згоряння СО при 298 К дорівнює - 283.0 кДж / моль. Знайдіть ентальпію утворення Н2О (г) при 298 К.

23. Напишіть вираз для константи рівноваги КP наведеної реакції: CrCl2 (тв) + H2 (г) = Cr (тв) + 2 HCl (г),

позначивши через х число молей прореагировавшего Н2, а через Р загальне рівноважний тиск. У початковий момент вихідні речовини взяті в стехиометрическом відношенні, а продукти відсутні. Всі газоподібні сполуки - ідеальні гази.

24. Напишіть вираз для константи рівноваги КP наведеної реакції:

(H2N) 2CO (тв) + H2O (г) = 2 NH3 (г) + CO2 (г)

позначивши через х число молей утворився СО2, а через Р загальне рівноважний тиск. У початковий момент вихідні речовини взяті в стехиометрическом відношенні, а продукти відсутні. Всі газоподібні сполуки - ідеальні гази.

25. Напишіть вираз для константи рівноваги КР наведеної реакції: Fe3O4 (тв) + H2 (г) = 3 FeO (тв) + H2O (г), позначивши через х число молей утворився водяної пари, а через Р загальне рівноважний тиск. У початковий момент вихідні речовини взяті в стехиометрическом відношенні, а продукти відсутні. Всі газоподібні сполуки - ідеальні гази. Як зміниться величина КP, якби Fe3O4 і FeO утворили ідеальний твердий розчин з мольной часткою FeO 0.9?

26. Перерахуйте чинники, які впливають на чисельне значення константи рівноваги КР.

27. Чи залежить константа рівноваги КР від концентрації реагуючих речовин? Аргументуйте свою відповідь.

28. Обгрунтуйте температурну залежність константи рівноваги ..

29. Для гіпотетичної хімічної реакції rН0 наступним чином залежить від температури:

Зобразіть залежність константи рівноваги для цієї реакції від температури в координатах ln К = f (1 / Т).

30. У якому випадку спостерігаються такі залежності ентальпії реакції від температури: а) rН0 = а, б) rН0 = а + Bт, в) rН0 = а- Bт, де а і b позитивні постійні величини?

31. Доведіть, що ступінь дисоціації газу AB буде збільшуватися при збільшенні температури при постійному тиску.

32. Ступінь дисоціації HBr не залежить від тиску, але залежить від температури. Поясніть це.

33. Залежність константи рівноваги деякої реакції від температури можна виразити рівнянням lnKР = - 6007 / T + 5.407. Яка ця реакція - екзо-або ендотермічна?

34. Залежність константи рівноваги реакції від температури виражається у вигляді ln KР = a - b / T, де а і b - постійні. залежать Н0, S0, G0 та С0Р цієї реакції від температури?

35. Виразіть константу рівноваги КР реакції між ідеальними газами А і В, взятими в стехиометрическом щодо: А + В = С, позначивши через х число молей утворився сполуки С (газ), а через Р - рівноважний тиск.

36. Виразіть константу рівноваги КР реакції між ідеальними газами А і В, взятими в стехиометрическом щодо: 2А + В = С, позначивши через х число молей утворився сполуки С (газ), а через Р - рівноважний тиск.

37. Виразіть константу рівноваги КР реакції між ідеальними газами А і В, взятими в стехиометрическом щодо: А + В = 3С, позначивши через х число молей утворився сполуки С (газ), а через Р - рівноважний тиск.

38. Виразіть константу рівноваги КР реакції між ідеальними газами А і В, взятими в стехиометрическом щодо: А + В = 2С, позначивши через х число молей утворився сполуки С (газ), а через Р - рівноважний тиск.

39. Газова реакція А = 2В протікає в закритій системі до встановлення рівноваги. Визначте, як буде змінюватися вихід продукту при збільшенні загального тиску в системі. Аргументуйте свою відповідь.

40. Газова реакція А + В = С протікає в закритій системі до встановлення рівноваги. Визначте, як буде змінюватися вихід продукту при збільшенні загального тиску в системі. Аргументуйте свою відповідь.

41. Газова реакція А + В = С + D протікає в закритій системі до встановлення рівноваги. Визначте, як буде змінюватися вихід продуктів при збільшенні загального тиску в системі. Аргументуйте свою відповідь.

42. Газова реакція А + 2В = С + D протікає в закритій системі до встановлення рівноваги. Визначте, як буде змінюватися вихід продуктів при збільшенні загального тиску в системі. Аргументуйте свою відповідь.

43. Для реакції Н2О (г) + СО (г) = Н2 (г) + СО2 (г) температурна залежність константи рівноваги має вигляд lg KР = - a + b / T, де a і b - постійні. Чи залежить ентальпія цієї реакції від температури? Як зміниться вихід продуктів при збільшенні загального тиску в системі? Гази вважати ідеальними.

44. У таблиці наведено ентальпії освіти (в кДж / моль) при 298 К для учасників реакції: С6Н12О6 (тв) = 2С2Н5ОН (ж) + 2СО2 (г).

С6Н12О6 (тв) С2Н5ОН (ж) СО2 (г) - 1274.65 - 276.98 - 393.51

Як зміниться константа рівноваги цієї реакції а) при збільшенні температури, б) при збільшенні тиску? Відповідь обґрунтувати.

45. Стандартна ентальпія реакції: С2Н6 (г) = С2Н4 (г) + Н2 (г) при 298 К дорівнює 32.79 кДж / моль. Як зміниться вихід етилену а) при збільшенні температури; б) при збільшенні загального тиску в системі. Відповідь обґрунтуйте. Гази вважати ідеальними.

46. ​​Стандартна ентальпія реакції гідрування бензолу при Т = 298 К С6Н6 (г) + 3Н2 (г) = С6Н12 (г) дорівнює 651.5 кДж / моль. Як пояснити, що промисловий синтез циклогексану проводять при високій температурі і загальному тиску в системі. Гази вважати ідеальними.

47. Стандартна ентальпія утворення аміаку при Т = 298 К дорівнює

- 46.2 кДж / моль. Як зміниться вихід аміаку а) при збільшенні температури; б) при збільшенні загального тиску в системі; в) при введенні в систему відповідного каталізатора? Гази вважати ідеальними.

48. Доведіть, що ступінь дисоціації газу AB буде зменшуватися при збільшенні тиску при постійній температурі.

49. Оцінити, скільки максимальної корисної роботи, необхідної для підтримки життя, можна отримати при повному окисленні трьох молей лактози при 250 С у водному розчині.

50. Енергія Гіббса реакції АТФ4- + Н2О = АДФ3- + Н + + НРО42- при температурі Т і фізіологічному значенні рН (= 7) дорівнює - 30 кДж / моль. як розрахуваті rG0Т для цієї реакції, якщо в якості стандартного стану обрана одинична концентрація, виражена в моль / л? Запишіть вираз для константи рівноваги цієї реакції.