Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe
Chemia, semestr III
(9) Przemiany fazowe w ukł. 1-składnikowym. Równanie Clausiusa-Clapeyrona.
1. Entalpia parowania pewnej cieczy wynosi 14,4 kJ . mol-1 w temp. 180 K (normalna temperatura
wrzenia tej cieczy). W temperaturze wrzenia objętości molowe faz wynoszą: Vc = 115 cm3 . mol-1,
Vp = 14,5 dm3 . mol-1. Oblicz współczynnik dP/dT tej cieczy stosując równanie Clapeyrona
i równanie Clausiusa-Clapeyrona oraz błąd wynikający z przyjętych założeń.
2. Zależność prężności pary nasyconej dwutlenku siarki nad stałym i ciekłym SO2 od temperatury
można wyrazić za pomocą następujących równań (dla P w mm Hg):
1871,2 1425,7
dla fazy stałej: logP =10,5916 - , dla fazy ciekłej: logP = 8,3186 - .
T T
Oszacuj temperaturę i ciśnienie punktu potrójnego SO2.
3. W cylindrze z tłokiem umieszczono parę wodną o temp. 363 K. Pod jakim ciśnieniem zacznie
skraplać się para wodna? Jakie będzie ciśnienie w układzie, gdy skropleniu ulegnie połowa pary
wodnej? Ciepło parowania wody w tych warunkach wynosi 2265 kJ . kg-1.
4. Oblicz entalpię parowania argonu w temp. 87,5 K, jeśli prężność pary nasyconej nad ciekłym
Ar wyraża się wzorem:
780,4
ln P =16,254 - -1,75 ln T - 0,015 T .
T
5. Azotan amonu przechodzi z jednej odmiany polimorficznej w drugą w temp. 398,5 K pod
ciśnieniem standardowym, a w temp. 408 K pod ciśnieniem stukrotnie większym. Odmiana
trwała w wyższej temperaturze ma objętość właściwą o 0,0126.10-3 m3 . kg-1 mniejszą od drugiej
odmiany. Oblicz entalpię tej przemiany fazowej.
6. Oszacuj: (a) temperaturę wrzenia wody na szczycie Mount Everest (h = 8850 m),
(b) temperaturę krzepnięcia wody na dnie Rowu Mariańskiego (h = -11030 m).
Wykorzystaj następujące dane: "parHo(H2O) = 44 kJ . mol-1, "topHo(H2O) = 6 kJ . mol-1,
d(H2O(c)) = 1000 kg . m-3, d(H2O(s)) = 917 kg . m-3. Dla potrzeb tego zadania przyjmij,
że wszystkie podane wartości są stałe.
Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe
Chemia, semestr III
(10) Własności koligatywne roztworów: kriometria, ebuliometria, ciśn. osmotyczne.
1. Wartość współczynnika dP/dT dla pewnego rozpuszczalnika w pobliżu jego normalnej
temperatury wrzenia wynosi 3508 Pa . K-1. Oblicz podwyższenie temperatury wrzenia roztworu
2 g substancji nielotnej o masie molowej 150 g . mol-1 w 2 molach tego rozpuszczalnika. Jakie
założenia należy przyjąć?
2. Wodny roztwór pewnej substancji nielotnej o masie cząsteczkowej 240 g . mol-1 wrze
w temperaturze o 0,051 K wyższej niż czysta woda, a krzepnie w temperaturze o 0,185 K niższej.
Oblicz procent wagowy substancji w roztworze, znając ciepło sublimacji wody (2,6 kJ . g-1).
3. Naftalen tworzy z rozpuszczonym w nim benzenem roztwór doskonały. Temperatura
topnienia naftalenu wynosi 80,0 oC. Ciepło topnienia naftalenu wynosi 19,25 kJ . mol-1. Oblicz
skład molowy nasyconego roztworu benzenu w naftalenie w temp. 60,0 oC.
4. Roztwór 0,227 g chlorku siarki w 23,7 g benzenu wykazuje obniżenie temperatury krzepnięcia
o 0,362 K w stosunku do czystego benzenu. Oblicz masę molową chlorku siarki. Stała
krioskopowa benzenu wynosi 5,12 kg . K . mol-1. Czy możliwe jest podanie wzoru cząsteczki tego
chlorku siarki jeżeli wiadomo, że zawiera on 47,49% siarki?
5. Roztwór pewnej substancji nielotnej w benzenie wykazuje prężność pary 1,008.105 Pa w temp.
353,25 K. Oblicz temperaturę krzepnięcia roztworu na podstawie następujących danych:
"topHo(C6H6) = 9,84 kJ . mol-1, Ttop(C6H6) = 278,68 K, Twrz(C6H6) = 353,25 K.
6. Roztwór zawierający 1,57 g LiCl w 1 dm3 jest izotoniczny z roztworem, w którym na 1 dm3
przypada 12,2 g glukozy (C6H12O6). Jakie ciśnienie osmotyczne panuje w tych roztworach w
temp. 17 oC? Oblicz pozorny stopień dysocjacji elektrolitycznej LiCl w tym roztworze wodnym.
Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe
Chemia, semestr III
(11) Równowaga ciecz-para w układzie dwuskładnikowym.
1. W temp. 100 oC prężności pary nasyconej heksanu /1/ i oktanu /2/ wynoszą odpowiednio
1836 mm Hg i 354 mm Hg. Idealna mieszanina tych węglowodorów wrze w temp. 100 oC pod
ciśnieniem 1 atm. Oblicz skład fazy ciekłej tej mieszaniny oraz skład fazy gazowej będącej z nią
w równowadze w temperaturze wrzenia.
2. Oblicz prężność pary nasyconej w temp. 40 oC nad roztworem zawierającym 18 g acetonu
(M = 48 g . mol-1) i 19 g dwusiarczku węgla (M = 76 g . mol-1). Prężności pary nasyconej czystych
o
składników w temp. 40 oC wynoszą Po = 55862,08 Pa oraz PCS = 82259,92 Pa .
(CH3 ) CO
2
2
Oblicz także skład fazy gazowej będącej w równowadze z tym roztworem w temp. 40 oC.
3. Benzen i toluen tworzą roztwór prawie idealny. W temp. 20 oC prężności pary nasyconej
czystego benzenu /B/ i toluenu /T/ wynoszą odpowiednio 74 mm Hg i 22 mm Hg. Roztwór
zawierający 1,0 mol każdego ze składników doprowadzono do wrzenia poprzez obniżenie
ciśnienia zewnętrznego poniżej wartości odpowiadającej prężności jego pary.
Oblicz: (a) ciśnienie, przy którym rozpocznie się wrzenie; (b) skład fazy gazowej; (c) prężność
pary tuż przed zaniknięciem fazy ciekłej.
4. Ciecze A i B tworzą roztwór doskonały. Prężność pary nad roztworem zawierającym 1 mol A
i 2 mole B wynosi w pewnej temperaturze 500 hPa. Dodanie 3 moli A do roztworu podwyższa
prężność pary do 700 hPa. Oblicz prężność pary czystych cieczy A i B w tej temperaturze.
Znajdz
prężność pary nad roztworem o takim składzie, jaki posiada para będąca w równowadze
z pierwszym roztworem.
5. Do opróżnionego naczynia o pojemności 6.10-3 m3 wprowadzono 0,2 mol cieczy A i 0,8 mol
cieczy B. W temp. 300 K ustaliła się równowaga ciecz-para pod ciśnieniem 8,314.104 Pa. Oblicz
Po i Po , jeżeli Po = 2 Po . Założenia: ciecze A i B tworzą roztwór doskonały, objętość cieczy
A B B A
w warunkach równowagi jest pomijalna.
6. Podczas destylacji bromobenzenu z parą wodną wrzenie pod ciśnieniem standardowym
następuje w temp. 95,25 oC. Bromobenzen nie miesza się z wodą, a w podanej temperaturze jego
prężność pary wynosi 161 hPa. Oblicz masę bromobenzenu, który przedestyluje z 1 kg wody.