Сборник задач по физической химии допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

Пример 14. Вычислить изменение свободной энергии, сопровождающее сжатие 7 а азота при 27° С от 0,5 до 3 ат.
Решение. Изменение свободной энергии вычисляется по уравнению
AF — nRT In ,
Pi
где п — число молей газа, т. е.
\F = — . 1,987-300-2,3lg —₌ 266,7 кал.
28 0,5
Пример 15. Стандартное изменение свободной энергии для реакции
И, + С1₂ = 2НС1
при 25° С равно —45538 кал. Найти изменение свободной энергии при той же температуре для реакции
Н₂(2 ат) + С1₂(1 ат) = 2НС1 (0,1 ат).
Решение. Искомое изменение свободной энергии вычис-' ляется по уравнению (9):
AF_T = AF_T + RTS In p;
AF_T = —45538 + 1,987 • 298 • 2,3(2 lg0,l — lg2 — lg 1) =
= —48671 кал.
Пример 16. Для реакции
2S0₃ = 2S0₂ + 0₂
Д#₂₉8 = 46980 и SF°_2Q8 =33460. Вычислить SF°₆₀₀, считая, что дН не зависит от температуры.
Решение. Воспользуемся уравнением
AF = —T^~dT + IT, (I)
которое в нашем случае упрощается, так как Д Н не зависит от температуры, и принимает вид
A F = АН + IT. (II)
Из уравнения (II) находим /, положив, что Т = 298°,
Д F = A F₂9в = 33460 кал и АН = ДЯ₂₉в = 46980 кал:
:33460 = 46980 + / . 29S,
отсюда / = —45,37.


39

Из уравнения (II) находим при Т = 600

AF°₆оо = 46980 — 45,37 • 600 = 19758 кал.
Задачи

107. 
     Вычислить изменение свободной энергии, сопровождающее изотермическое сжатие 5 л кислорода, взятого при 0° С и 0,1 ат, до 1 ат.
     

Ответ: 27,83 кал.

107. 
     Вычислить изменение свободной энергии при изотермическом переходе 1 моль растворенного вещества от концентрации, равной 0,05 моль/л, к концентрации, равной 0,01 моль/л, при 17° С.
     

Ответ: —926,4 кал.

107. 
     Определить стандартное изменение свободной энергии при 25°С для реакции
     

ZnO + СО = Zn + С0₂ на основании следующих данных:
Д//°₂98 (ZnO) = —83170 кал/моль-,
A#29S (СО) = —26416 кал/моль;
AH°29s(C0₂) = —94052 кал/моль;
S°₂gs(ZnO) = 10,5 кал/град • моль]
S°₂gs (СО) = 47,301 кал/град • моль;
S°₂эв (Zn) = 9,95 кал/град ■ моль;
5°_д8(С0₂)= 51,06 кал/град -моль.
Ответ; 14 578 кал.

107. 
     Определить стандартное изменение свободной энергии при 25° С для реакции
     

ZnS + Н₂ = Zn + H₂S на основании следующих данных:
Atf°29_S(ZnS) = —45300 кал/моль;
АН29s(H₂S) =—4815 кал/моль;
S₂gs (ZnS) = 13,8 кал/град • моль;
-$298(Н₂) =31,211 кал/град • моль;
S‘₂дв (Zn) = 9,95 кал/град • моль;
S298 (H₂S) = 49,15 кал/град ■ моль.
Ответ; 36 287 кал.


40

Ill Определить A F°_29S для реакции образования N2O4 на основании следующих данных:

для реакции -j-N₂ + 0₂ = N0 ДА₂д₈ = 21600 кал;
» » NO + 0₂ = N0₂ = —9210 кал;
» » 2N0₂ = N₂0₄ Д^298 = —1290 кал.
Ответ: 23 490 кал.

112. 
     При образовании 1 моль AgCl(TB) & F°₂₉₈ ^
     

= —26 224 кал/моль. Определить A Fm, если хлор взят под давлением, равным 100 мм рт. ст.
Ответ: —25624 кал.

112. 
     Для реакции
     

MgO + С0₂ = MgC0₃
AF'gg = —15 610 кал. Вычислить A -F₂g₈ для этой реакции, если давление С0₂ равно 0,01 ат.
Ответ: —12886 кал.

112. 
     Найти изменение свободной энергии при образовании 1 моль NH₃ при 25° С под давлением 0,5 ат из водорода, взятого под давлением 5 ат, и азота, взятого под давлением 10 ат, если A F°₂₉₈ = —3976 кал/моль.
     

Ответ: —6495 кал.

112. 
     При образовании жидкой воды AF°₂₉₈ = —56 6 90 кал/моль. Найти A F₂gs, если водород взят под давлением 0,01 ат, а кислород — под давлением 0,25 ат.
     

Ответ: —53557 кал.

112. 
     Вычислить изменение свободной энергии при 25° С для следующих процессов, если AF°₂₉₈ =2055 кал/моль:
     

Н₂0(ж) ->-Н₂0(пар) при 0,9 ат\
Н₂0 (ж) ->-Н₂0(пар) при 1 ат,
Н₂0(ж) -э- Н₂0(пар) при 1,1 ат.
Ответ: 1993 кал; 2055 кал; 2111 кал.

112. 
     Вычислить изменение свободной энергии при 25° С для реакций:
     

N₂0₄( 1 ат) -*■ 2N0₂( 1 ат);
N₂O₄(10 ат) ->-21402( 1 ат);
N₂0₄( 1 ат) -^2NO₂(10 ат), если AF^c₂₉₈ для реакции
N₂0₄ 2N0₂
равно 1290 кал.
Ответ: 1290 кал; —71 кал; 4012 кал.


41

112. 
     Для возгонки золота
     

Аи(тв) -*-Аи(газ)
А Я°₉₈ = 90 500 кал/моль] A F°_gg = 81 000 кал/моль.
С_р[Аи (газ)] = 5,
С_р[Аи(тв)] = 5,66 + 1,24 • 10“³Г.
Найти зависимость A F° от температуры и вычислить А А°₁₀₀₀.
Ответ: A F°_T = 90752 + 1,5182" lg Т + 0,62 • 10~³r² — 36,67Т.

112. 
     Найти зависимость A F° от Т для реакции
     

— н₂ + — С1₂ = НС1.
2 2
Дано: ДЯ;₉₈ =—22 063, А Г°₂₉₈ =—22 769,
С_Р(Н₂) = 6,95 — 0,2 • 10~³Г + 0,48 • 10-⁶Г²;
Ср(С1)₂ = 8,77 + 0,25 • Ю-ЗГ — 0,603 -Ю⁵Г-²; .
Ср (НС1) = 6,34 + 1,10 • 10“³Г + 0,26 • 10⁵Г^-2.
Ответ: AFr = —21467 + 1,52Т In Г — 0,5375 • 10-® Г ² +
+4 • 10-⁸Р — 0,2808 • Ю⁵^¹ — 12,54г.

112. 
     Для реакции
     

FeC0₃->FeO + С0₂
ДF_T = 17597 + 30Д2Г — 11.54Г In Г + 11,574 • 10-³Г² +
+ 1,401 • Ю⁵^¹.
Определить А Н °₀₀ и AS'°₀₀.
Ответ: 21 033 кал\ 42,05 кал/град.

112. 
     Для реакции
     

СаСОз СаО + С0₂
ДFt = 44282 — 58.88Г + 2,76Г In Г + 1 • 10-³Г² —1,3 • 10⁵Г-‘.
Построить график зависимости AFY ^от вычислив AF_T че
рез каждые 100° (от 900 до 1500°), и найти по графику температуру, при которой система находится в равновесии. Ответ: 1152° К.
122*. Вычислить ДГ₂98 для следующих реакций:
2СОг ⁼ 2СО + 0₂;
СО + Н₂0(ж) = С0₂ + Н₂;
2HJ = Н₂ + J₂;
СО + 2Н₂ = СНзОН(ж);
NH₃ + НС1 = NH₄C1(tb).


42


Для решения воспользоваться табл. 1 приложения I.

Ответ: 122 904 кал\ —4762 кал\ —620 кал\

—6922 кал^-, —24 305 кал.
123*. Вычислить AF₂98 для реакции
СН₄ + 20₂ = 2Н₂0 (ж) + С0₂,
если метан взят под давлением 10 ат, кислород под давлением 5 ат и С0₂ под давлением 20 ат.
Ответ: —196 993 кал.


ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ


Зависимость давления насыщенного пара жидкости или твердого тела от температуры, а также температуры плавления твердого тела или температуры взаимного превращения твердых фаз от давления выражается уравнением Клаузиуса — Клапейрона: