Северный госуд.медицинский университет (СГМУ) Контрольная работа №1 по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» Вариант 1

работа сдана на "отлично" ...

24. Какие расчёты могут быть выполнены с помощью уравнения Клапейрона – Клаузиса? Приведите конкретные примеры.
33. Дайте анализ диаграмм: состав – давление пара и состав – температура кипения. Сформулируйте первый закон Коновалова и покажите на изображённой Вами диаграмме, что пар, по сравнению с жидкостью, обогащён более летучим компонентом. Рассмотрите применение правила рычага в диаграмме состав – давление пара.
48. Электропроводимость растворов электролитов. Удельная и молярная электропроводимость. Рассмотрите простейшее устройство для измерения электропроводимости.
67. Как связаны между собой изменения энергии Гиббса в токообразующем процессе и электродвижущая сила (ЭДС) соответствующего гальванического элемента? Как связаны между собой константа химического равновесия токообразующего процесса и ЭДС гальванического элемента? Какая связь существует между константой равновесия токообразующего процесса и 0? Каким образом, измеряя ЭДС гальванического элемента, можно найти величину G токообразующего процесса?

Сформулируйте закон Гесса, покажите его практическое применение. Покажите, что закон Гесса есть приложение первого закона термодинамики к химическим процессам.
Пользуясь табличными значениями и , можно рассчитать энтальпии различных химических процессов и фазовых превращений. Основанием для таких расчетов являетсязакон Гесса, сформулированный петербургским профессором Г. И. Гессом (1841 г.): «Тепловой эффект (энтальпия) процесса зависит только от начального и конечного состояния и не зависит от пути перехода его из одного состояния в другое».
Практическое значение закона Гесса состоит в том, что он позволяет рассчитывать тепловые эффекты самых разнообразных химических процессов; для этого обычно используют ряд следствий из него.
Как известно, большинство химических реакций сопровождают ся выделением (экзотермические реакции) либо поглощением (эндотермические реакции) теплоты. Первое начало термодинамики дает возможность рассчитать тепловой эффект химической реакции при различных условиях её проведения.

потенциалов , из к-рого следует, что вдоль кривой равновесия фаз выполняется равенствогде S2-S1 - скачок энтропии при фазовом переходе ; скачок энтропии связан с теплотой перехода соотношением: L12=(S2- S1)T. Из К. - К. у. следует, что темп-pa фазового перехода изменяется с давлением согласно ур-ниюДля фазовых переходов с поглощением теплоты (L12> >0) знак определяется знаком разности V2-V1. Для испарения и сублимации , т. к. уд. объём пара V2 больше уд. объёма конденсированной фазы V1, и темп-pa фазового перехода повышается с ростом давления. Для плавления возможен случай, когда < <0, т. к. для нек-рых веществ (воды, висмута, чугуна и др.) V2<V1. В этом случае темп-pa плавления понижается с ростом давления.Чаще всего уравнение Клапейрона—Клаузиуса используется для простогорасчета или измерения теплоты испарения различных веществ. Измеряя давление пара при различных температурах и нанося его на график, по одной оси которого откладывается значение lnp, а по другой — величина 1/Т, ученые по полученной линейной зависимости (углу наклона прямой) определяют теплоту испарения вещества.33. Дайте анализ диаграмм: состав – давление пара и состав – температура кипения. Сформулируйте первый закон Коновалова и покажите на изображённой Вами диаграмме, что пар, по сравнению с жидкостью, обогащён более летучим компонентом. Рассмотрите применение правила рычага в диаграмме состав – давление пара. В случае совершенного раствора состояние равновесных жидкости и пара в общем случае не совпадает. На диаграмме давление-состав принято наносить точки, которые характеризуют состояние равновесного пара. Для совершенного раствора состоящего их 3-х компонентов завис. общего давления пара над раствором от состава выражается прямой линией.Если на эту диаграмму нанести точку выражающую состояние равновесного пара, то каждый давление на диаграмме будут соответствовать - состояние жидкости в соответствии равновесного пара. Точка, выражающая состояние пара при различных давлениях соединяется плавной линией (линия пара). Т.о. на диаграмме 2 линии одна из которых (верхняя) характеризует состояние жидкости раствора, она же является зависимостью общего давления пара над раствором от состояния. Эта линия называется линия жидкости. 2-ая линия (нижняя) называется линией пара и характеризует состояние равновесного пара. Чтобы определить состояние пара, находят равновесное с жидким состоянием: 1. мы должны из точки, характеризующей состояние жидкости восстановить перпендикуляр до пересечения с линией жидкости, через точку пересечения провести изобару до пересечения её с линией пара. Как видно из диаграммы в случае совершенного раствора равновесный пар всегда обогащен по сравнению с жидкостью более летучим компонентом, то есть тем компонентом, давление насыщенного пара которого выше. Линия жидкости и линия пара разделяют диаграмму на три области. Выше линии жидкости характеризуется жидким составом. Ниже линии пара – пар. Между линиями жидкости и пара характеризуется гетерогенной системой, состоящей из двух фаз – жидкости и насыщенного пара. В случае отклонения от закона Рауля линия жидкости перестаёт быть прямой, а в случае очень большого отклонения могут образовываться диаграммы с экстремами точек на линии общего давления.В реальной системе как показывает опыт, пар не всегда обогащен по сравнению с жидкостью более летучим компонентом в отношении составом равновесной жидкости и пара. Коноваловым были сформулированы два закона. Первый закон: а) повышение относительного содержания данного компонента в жидкой фазе всегда вызывает увеличение относительного содержания его в паровой фазе. б) пар более богат тем компонентом раствора, добавление которого повышает общее давление пара или понижает температуру кипения при данном давлении. Второй закон: в экстремальной точке на кривой давления пара состав пара совпадает с составом жидкости. Растворы такого состава называются постоянно кипящими или азеотропными. Законы Коновалова выводят исходя из уравнения Гиббса-Дюгема. Т/д вывод приводит к следующему выражению: для бинарного раствора соединений компонента А и В. – всегда >0, т к с ростом содержания компонента В в жидкости парциальное давление его насыщенного пара может только возрасти. В экстремальной точке на линии общего давления пара , т к , , то есть содержание компонента В в паровой фазе равно его содержанию в жидкости, то есть соблюдается второй закон Коновалова.Диаграммы давление-состав и температура кипения-составДиаграмма давление-состав с экстремальными точками имеет вид:Совокупность равновесных состояний в двойной жидкостной системе может быть изображена в виде диаграммы давление-состав построенной при .Если взять точку гетерогенной области, то она характеризует состав гетерогенной системы состоящей из жидкости и насыщенного пара. Чтобы определить состав насыщенной жидкости и пара нужно через эту точку провести изобару до пересечения её с линиями жидкости и пара. Точка в укажет на состав жидкости. Следовательно, в соответствии с первым законом Коновалова пар по сравнению с жидкостью будет более богат компонентом В. Массы равновесных фаз могут выражаться в массовых долях. Состояние равновесных жидкости и пара называется сопряжёнными. Диаграмма кипение–состав напоминает обратную диаграмму давление-состав. На диаграмме кипение – состав верхняя линяя – пар, нижняя – жидкость. Через точку проводим изотерму. Можно применить правила расчёта для определения качества равновесных фаз. Диаграмма кипение-состав и давление-состав широко используются для анализа и расчёта продуктов перегонки и ректификации.С помощью диаграмм состояния можно определять не только состав, но и относительные количества сопряженных фаз. Согласно правилу рычага, количества сопряженных фаз обратно пропорциональны отрезкам, на которые делит ноду фигуративная точка. При этом количества фаз могут быть выражены в количествах веществ фаз (если на оси абсцисс состав отложен в молярных долях или в молярных процентах) или в массах фаз (если на оси абсцисс состав отложен в массовых долях или в массовых процентах). Следует помнить, что в случае необходимости определения массы равновесных фаз перед применением правила рычага к диаграммам состояния, в которых на оси абсцисс использованы молярные доли или молярные проценты, необходимо провести соответствующие пересчеты в массовые доли или в массовые проценты.48. Электропроводимость растворов электролитов. Удельная и молярная электропроводимость. Рассмотрите простейшее устройство для измерения электропроводимости.Электропроводность электролитов, способность электролитов проводить электрический ток при приложении электрического напряжения. Носителями тока являются положительно и отрицательно заряженные ионы - катионы ианионы, которые существуют в растворе вследствие электролитич. диссоциации. Ионная электропроводность электролитов, в отличие от электронной, характерной для металлов, сопровождается переносом вещества кэлектродам с образованием вблизи них новых химических соединений. Общая (суммарная) проводимость состоит из проводимости катионов и анионов, которые под действием внешнего электрического поля движутся в противоположных направлениях. Доля общего кол-ва электричества, переносимого отдельными ионами, называетсячислами переноса, сумма которых для всех видов ионов, участвующих в переносе, равна единице.Удельная электропроводность растворов электролитов.Электрический ток есть упорядоченное перемещение заряженных частиц. Растворы электролитов обладают ионной проводимостью (являются т.н. проводниками второго рода), т.е. электропроводность растворов электролитов обусловлена перемещением ионов в электрическом поле (в отличие от электронной проводимости проводников первого рода).Величина преимущественного передвижения иона в направлении одного из электродов при прохождении тока через раствор отнесённая к градиенту потенциала 1 В/см, есть абсолютная скорость движения иона. Абсолютные скорости движения ионов имеют величины порядка 0,0005 – 0,003 см2/(В·с). Абсолютные скорости движения катионов U+ и анионов U–различаются; это приводит к тому, что ионы разных знаков переносят разные количества электричества.Всякий проводник, по которому течет ток, представляет для него определенное сопротивление R, которое, согласно закону Ома, прямо пропорционально длине проводника l и обратно пропорционально площади сечения S; коэффициентом пропорциональности является удельное сопротивление материала ρ – сопротивление проводника, имеющего длину 1 см и сечение 1 см2:,  Ом                        (III.32)В качестве количественной меры способности раствора электролита проводить электрический ток используют обычно удельную электропроводность κ (каппа) – величину, обратную удельному сопротивлению (т.е. величину, обратную сопротивлению столба раствора между электродами площадью 1 см2, находящимися на расстоянии 1 см):,   Ом-1см-1                    (III.33)Величина удельной электропроводности электролита зависит от ряда факторов: природы электролита, температуры, концентрации раствора. Удельная электропроводность растворов электролитов (в отличие от электропроводности проводников первого рода) с увеличением температуры возрастает, что вызвано увеличением скорости движения ионов за счет понижения вязкости раствора и уменьшения сольватированности ионов. Зависимость удельной электропроводности от концентрации раствора представлена на рис. 3.9.   Рис. 3.9  Зависимость  удельной электропроводности  электролитов от концентрации                          (1 – H2SO4, 2 – KOH, 3 – CH3COOH) Как видно из рисунка, с увеличением концентрации удельная электропроводность растворов сначала возрастает, достигая некоторого максимального значения, затем начинает уменьшаться. Эта зависимость очень чётко выражена для сильных электролитов и значительно хуже для слабых. Наличие максимума на кривых объясняется тем, что в разбавленных растворах сильных электролитов скорость движения ионов мало зависит от концентрации, и κсначала растет почти прямо пропорционально числу ионов; с ростом концентрации усиливается взаимодействие ионов, что уменьшает скорость их движения. Для слабых электролитов наличие максимума на кривой обусловлено тем, что с ростом концентрации уменьшается степень диссоциации, и при достижении определенной концентрации число ионов в растворе начинает увеличиваться медленнее, чем концентрация. Для учета влияния на электрическую проводимость растворов электролитов их концентрации и взаимодействия между ионами введено понятие молярной электропроводности раствора.Молярная электропроводность растворов электролитовМолярная электропроводность раствора λ есть величина, обратная сопротивлению раствора, содержащего 1 моль растворенного вещества и помещенного между электродами, расположенными на расстоянии 1 см друг от друга. С удельной электропроводностью κ и молярной концентрацией раствора С молярная электропроводность связана следующим соотношением:,    Ом-1см2моль-1                (III.34)Молярная электропроводность как сильных, так и слабых электролитов увеличивается с уменьшением концентрации (т.е. увеличением разведения раствора V = 1/С), достигая некоторого предельного значения λo, называемого молярной электропроводностью при бесконечном разведении (рис. 3.10 – 3.11).  Рис. 3.10  Зависимость молярной                   Рис. 3.11  Зависимость молярной        электропроводности от концентрации.            электропроводности от разведения Для слабого электролита такая зависимость молярной электропроводности от концентрации обусловлена в основном увеличением степени диссоциации с разбавлением раствора. В случае сильного электролита с уменьшением концентрации ослабляется взаимодействие ионов между собой, что увеличивает скорость их движения и, следовательно, молярную электропроводность раствора. Последнюю связывает с абсолютными скоростями движения катионов и анионов U+ и U– уравнение Аррениуса (III.35):                     (III.35)Ф.