Физическая и коллоидная химия



страница2/7
Дата09.01.2013
Размер0.95 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7
Тема 1. Первое начало термодинамики
Основные вопросы по теме

  1. Формулировка и сущность первого начала термодинамики.

  2. Применение первого начала к различным процессам.

  3. Расчет количества теплоты.

  4. Понятие о теплоемкости.

  5. Истинная и средняя теплоемкость.

  6. Теплоемкость при постоянном давлении и постоянном объеме.

  7. Закон Гесса как следствие первого начала термодинамики.

  8. Применение закона Гесса для расчета тепловых эффектов химических реакций.

  9. Теплота образования. Теплота сгорания. Энтальпия.


Вопросы для самоконтроля

  1. Сформируйте первое начало термодинамики.

  2. Запишите первое начало термодинамики.

  3. Что такое «внутренняя энергия»?

  4. Что такое «теплота»?

  5. Что такое «работа»?

  6. Что характеризует изменение состояния системы?

  7. Что характеризует путь перехода системы из одного состояния в другое?

  8. Что такое «теплоемкость» и какая она бывает?

  9. Сформулируете следствие из первого начала термодинамики (закон Гесса).

  10. Где применяется закон Гесса?

  11. Что такое «энтальпия»?


Работа расширения А идеального газа описывается уравнением



, (1.1)
где p – давление;

V1 – начальный объем;

V2 – конечный объем.
Уравнение состояния идеального газа – уравнение Менделеева-Кла-пейрона:

, (1.2)

где m – масса газа;

M – масса одного моля газа;

R = 8,31 Дж/моль∙град или 8,31 кДж/кмоль∙град – универсальная газовая постоянная;

T – температура в градусах Кельвина (К=273+С0);

p – давление;

V – объем.
В зависимости от условий уравнение (1.1) принимает различный вид:


  1. P=const, изобарное расширение:

. (1.3)


  1. T=const, изотермическое расширение:

, находим p из уравнения;
и подставляем в (1.1):
gif" name="object10" align=absmiddle width=211 height=54>. (1.4)

При Т=const p1V1= (закон Бойля-Мариотта), т.е.

, подставим в (4.1):

. (1.5)

Количество теплоты Q, необходимое для нагрева тела, зависит от условий:

1.V – const,

, (1.6)
где Сv – изохорная теплоемкость (количество теплоты, которое надо затратить для нагревания одного моля вещества на один градус при постоянном объеме).

2. P – const:

, (1.7)
где Cp – изобарная теплоемкость (количество теплоты, которое необходимо затратить на нагревание одного моля вещества на один градус при постоянном давлении).
Для одноатомного газа
и . (1.8)
Для молекул, состоящих из двух атомов ;

для трех атомных молекул: .

Если при нагревании (или охлаждении) происходит фазовый переход (замерзание, плавление, испарение, конденсация), то это необходимо учитывать.

, (1.9)
где λ – теплота фазового перехода;

– теплота фазового перехода.
Первое начало термодинамики выражается уравнением
, (1.10)
где U – изменение внутренней энергии.
1. p-const ∆U=Q-A;

2. V-const ∆U=Q.
Для растворов концентрация С:
или , (1.11)

где V – объем.
Энтальпия по определению
H=U+pV. (1.12)
Примеры решения задач
Задача 1
Найти работу расширения 10 г азота от объема 6 м3 до 40 м3 при постоянной температуре, равной 250С.

Решение

Используем соотношение (1.4), так как T – const и изменяется объем:
.
Обязательно все данные задачи должны быть в одной системе единиц (как правило, используйте СИ). Для перевода используем таблицу из приложения (см. с. 63).
= 1∙10-2кг, М = 2,8 ∙ 10-2 кг/кмоль, Т = 273 + 25 = 298К,
где М – масса одного моля.

Моль – количество вещества, выраженное в граммах и численно равное атомной или молекулярной массе.

Для азота (N2) атомная масса А = 14, следовательно, М = 2 ∙14 г = 28 г, так как молекула азота состоит из двух атомов. В системе СИ m – в кг, поэтому М в кг/кмоль и R = 8,31 ∙ 103 Дж/ кмоль ∙ град.

2,303lgA = lnA – соотношение между натуральным и десятичным логарифмом числа:
.
Размерность .
Задача 2
Какая работа будет совершена 5 кг метана при повышении температуры на 500С и постоянном давлении.

Решение

Из условия задачи Pconst, поэтому используем уравнение:
A = p(V2 - V1) = pV2 - pV1 .

Из уравнения:



m=5 кг, М=16 кг/кмоль (см. задачу 1.1);
Т2 –Т1=∆Т=50К (величины К и 0С одинаковы, поэтому ∆Т в К=∆0С);
.

Размерность .
Задача 3
Найти работу изобарического расширения аргона от 2 л до 3 л под давлением 30 Па.

Решение

Из условия задачи pconst. Поэтому используем формулу (1.3):

A=p(V2V1).

Переводим данные задачи в систему СИ:
2л = 2 ∙ 10-3 м3, 3л = 3∙10-3 м3, 1Па = Н/м2, 30Па = 30 Н/м2.
А = 30 (3∙10-3 - 2∙10-3) = 30∙10-3 = 0,03.
Размерность [Н∙м-2] ∙ [м3] = [Н] ∙ [м] = [дж].
Задача 4
Найти работу, полученную при изотермическом расширении 100 г азота при изменении давления от 3∙105 Па до 2∙105 Па при температуре 700С.

Решение

Из условия задачи Tconst и меняется давление, поэтому используем формулу 1.5:

,

m = 0,1 кг, М = 28 кг/кмоль, T = 273 + 700С = 343 К,
R = 8,31∙103 Дж/кмоль∙град,
p1 = 3∙105 Па = 3 ∙105 Н/м2, p2 = 2∙105 Па (Н/м2),
.

Размерность .

Задача 5
10 л кислорода, взятого при нормальных условиях, нагревают до 2000С при постоянном объеме. Определить количество теплоты, затраченное на нагревание.

Решение

По условию V=const, поэтому используем формулу (1.6):
, , так как молекула кислорода двухатомная.
Следствие из закона Авогадро. Один моль любого газа при нормальных условиях (00С или 273К, р = 1 атм или 760 мм.рт.ст. или 1,013∙105 Н/м2) занимает объем, равный 22,4 л.
Поэтому ;
T1 = 273 K; T2 = 473 K; ; 10 л = 1 ∙ 10-2 м3; 1 кмоль = 22,4 м3.
.
Размерность .

Задача 6
3 кг неона нагреваются при постоянном давлении. Найти изменение энтальпии, если температура повысилась на 1000С:
из формулы (1.7),
из формулы (1.8): , так как неон подчиняется законам идеального газа: Т2 -Т1 = ∆Т = ∆0С = 100К,


Размерность .
Задача 7
Найти изменение внутренней энергии при испарении 10 г ртути и давлении 1,013∙105 Па. Температура кипения ртути – 3570С. Теплота парообразования – 1,29∙105 Дж/кмоль.

Решение

По условию pconst. Из формулы (1.12) H=U+pV , U=∆H-pV,

.

Пренебрегая объемом жидкой ртути по сравнению с объемом газообразной, получаем

V = Vгаз - Vжид Vгаз , V = ;

U = ;

m = , , ;

.

Т = 273 + 3570С = 630К

.

Размерность .

Задание 1
1.1. Определить количество теплоты, выделяющейся при охлаждении 0,2 кг кислорода от 80 до 100С, если объем остался неизменным.

1.2. При 900С давление 2∙10-2 кг азота составляло 5∙104 н/м2. После изотермического сжатия давление увеличилось до 1∙105 н/м2. Рассчитать работу сжатия.

1.3. Какое количество теплоты выделится при охлаждении 1 моля водорода от 70 до 200С, при постоянном давлении?

1.4. Сколько теплоты потребуется, чтобы нагреть 5 кг газообразного аммиака на 100С при постоянном объеме?

1.5. Сколько нужно затратить теплоты на нагревание 22,4 л аргона от 10 до 1200С при постоянном давлении?

1.6. Найти работу изотермического расширения 2 молей SO2 при 350 К. Объем увеличился от 1 до 5 м3.

1.7. 3 л неона, взятого при нормальных условиях, охлаждают до -700С. Определить количество теплоты, отобранное у неона, если объем остался неизменным.

1.8. 0,2 кг брома конденсируется при 590С и давлении 1∙105 Па. Удельная теплота испарения брома λ = 1,9∙105 Дж/кг. Рассчитать изменение внутренней энергии. Объемом жидкого брома пренебречь.

1.9. 5 л неона, взятого при нормальных условиях, нагревают до 4000С при постоянном объеме. Определить количество теплоты, затраченное на нагревание.

1.10. 2 кг криптона охлаждают при постоянном давлении. Найти изменение энтальпии, если температура уменьшилась на 1500С.

1.11. 52 кг азота нагревают при постоянном давлении. Найти изменение энтальпии, если температура повысилась на 800С.

1.12. Найти изменение внутренней энергии при испарении 1 кг этанола при температуре 780С. Теплота испарения λ = 39 кДж/моль. Удельный объем пара 28 л/моль. Объемом жидкого этанола пренебречь.

1.13. Чему равно изменение внутренней энергии при испарении 0,3 кг воды при 250С. Удельная теплота парообразования воды λ = 44 кДж/моль. Объемом жидкой воды пренебречь.

1.14. При 100С и начальном давлении 5∙106 н/м2 0,02 м3 кислорода расширяются изотермически до давления 9∙106 н/м2. Вычислить работу расширения.

1.15. Найти изменение внутренней энергии 1 моль неона, изобарно расширяющегося от 5 до 10 м3 под давлением 2∙102 Па.

1.16. При 1100С 6 кг азота занимают объем 3 м3. Вычислить работу при изотермическом расширении до объема 4 м3 .

1.17. Вычислить работу расширения, если 2 кг кислорода при 400С расширяется от 0,02 до 0,2 м3.

1.18. При постоянном давлении 1∙105 н/м2 воздух расширился от объема 0,02 м3 до объема 0,3 м3. Определить работу расширения.

1.19. При постоянном давлении 1∙104 Па, нагревают 0,5 м3 водорода. Определить совершенную работу, если газ расширился до 0,9 м3.

1.20. Вычислить работу расширения газовой системы на 0,3 м3 и постоянном давлении равном 1∙104 н/м2.

1.21. Определить количество теплоты, необходимое для нагревания 0,2 кг азота от 25 до 600С при постоянном объеме.

1.22. Определить количество теплоты, которое нужно затратить при постоянном объеме 5 м3, чтобы увеличить давление азота от 5∙105 н/м2 до 1∙106 н/м2.

1.23. 0,05 м3 азота, взятого при нормальных условиях, нагревают до 2000С при постоянном объеме. Определить количество теплоты, затраченное на нагревание.

1.24. Определить количество теплоты, необходимое для нагревания при постоянном объеме 2 кг аммиака, находящегося при 2000С, от 1∙104 до 5∙104 н/м2.

1.25. Определить количество теплоты, необходимое для нагревания 3 кг азота от 20 до 500С при постоянном объеме.
1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Физическая и коллоидная химия icon02. 00. 11 Коллоидная химия
Коллоидная химия раздел химической науки, изучающий свойства и превращения вещества в дисперсном и ультрадисперсном состояниях и...
Физическая и коллоидная химия iconРабочая учебная программа дисциплины Физическая и коллоидная химия Направление подготовки 210100 Электроника и наноэлектроника

Физическая и коллоидная химия iconПеречень научных специальностей Высшей аттестационной комиссии (вак) Российской Федерации
Электрохимия; Высокомолекулярные соединения; Xимия элементоорганических соединений; Химия высоких энергий; Биоорганическая химия;...
Физическая и коллоидная химия iconВопросы к зачету по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»
Предмет физической химии и её значение в сельском хозяйстве. Роль ученых в развитии физической химии
Физическая и коллоидная химия iconПрограмма вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 02. 00. 04. «Физическая химия» (02. 00. 00 Химические науки, специальность 02. 00. 04 Физическая химия)
Советом по химии умо по классическому университетскому образованию 29. 04. 2002 и на основании Государственного образовательного...
Физическая и коллоидная химия iconРабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры неорганической химии
Неорганическая химия, 02. 00. 02 Аналитическая химия, 02. 00. 03 Органическая химия, 02. 00. 04 Физическая химия) и студентов старших...
Физическая и коллоидная химия iconК единому экзамену по русскому языку I. Чтение
Нанотехнология, нанонаука, это наука и технология коллоидных систем, это коллоидная химия, коллоидная физика, молекулярная биология,...
Физическая и коллоидная химия iconПрограмма дисциплины дпп. Ф. 05 Физическая химия
Физическая химия является одной из фундаментальных дисциплин современного естествознания, формирующих научное представление об окружающем...
Физическая и коллоидная химия iconПрограмма вступительного испытания (собеседование/устный экзамен) по дисциплинам «Неорганическая химия»
«Неорганическая химия», «Аналитическая химия», «Физическая химия» и «Органическая химия»
Физическая и коллоидная химия iconРабочей программы дисциплины б. 4 «Физическая химия»
Дисциплина «Физическая химия» является частью цикла Б2 «Математический и естественнонаучный цикл» дисциплин подготовки студентов...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org