Przykładowe zadania: Równowagi fazowe, właściwości koligatywne HD CD 2010/11

Zadania z prawa C-C

H.E. Avery, D.J. Shaw, „Cwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej”, PWN

Rozdz. 6: Przykład: 6.2; 6.3; Zadanie: 1, 4, 5, 6, 7,

P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, C. Giunta „Chemia fizyczna, Zbiór zadań z rozwiązaniami”, PWN

Zadanie: C6.1; 6.3; 6.4

Zad. 1

Ciecze A i B tworzą roztwory doskonałe. Prężność pary nasyconej A i B odpowiednio: 1140 mmHg, zaś B: 665 mmHg. W temperaturze 100 C roztwór jest w równowadze z parami o składzie X_B^para = 0.7. Otrzymaną parę skroplono a następnie doprowadzono do wrzenia, w wyniku czego utworzył się nowy stan równowagi. Obliczyć wyjściowy skład roztworu oraz po zakończeniu procesu. Jaki będzie skład par w równowadze z roztworem, po zakończeniu procesu. Przedstaw to na wykresie P = f(X_roztw, X_para).

Skonstruuj wykres T= f(X_roztw, X_para) dla badanego roztworu wyjściowego, pod jego ciśnieniem wrzenia P. Wiadomo, że w warunkach tego ciśnieniem (jakie posiadał roztwór wyjściowy w temperaturze 100 C), T_wrz.A = 80 °C, T_wrz.B = 120°C.

Zad. 2.

Badano roztwór doskonały cieczy lotnej A i B, w temperaturze T. Prężności pary nasyconej cieczy A i B, wynoszą odpowiednio: 860 i 610 mmHg.

1. Jaki będzie skład (X) tego roztworu, wrzącego pod ciśnieniem 1 bar

2. Jaki będzie skład par.

3. Jeżeli te pary zostaną skroplone i dadzą roztwór, to z jakimi parami będą w równowadze?

4. Przedstaw rys. P=f(skład roztworu, skład par)

Zad. 3

Aceton i metanol tworzą roztwory doskonałe w całym zakresie stężeń. Prężności par czystych składników w temp. 57,2°C wynoszą: P^*_A = 786 Tr i P^*_M = 551Tr. Oblicz całkowitą prężność par roztworu, w którym ułamek molowy ketonu wynosi 0.4, przy czym roztwór ten pozostaje w równowadze ze swoją parą. Jeżeli pewna ilość pary skropli się a następnie niewielką ilość utworzonej cieczy wyparuje w skutek, czego zostanie osiągnięty ponownie nowy stan równowagi, to jaki będzie skład tej nowej pary? Przedstaw to na wykresie. (Tr=mmHg).

Zad. 4

Ciecze A i B tworzą roztwory zbliżone do doskonałych. Jaki jest skład roztworu, który będzie wrzał pod ciśnieniem 101,3 kPa w temperaturze 373 K. Jaki będzie skład pierwszej porcji pary oddestylującej z tego roztworu. Prężności pary nasyconej A i B: 152,3 kPa; 84.3 kPa. Pod jakim ciśnieniem będzie wrzał roztwór utworzony z tych par i z jakimi parami będzie w równowadze?. Przedstaw rysunek P=f(skład roztworu, skład par).

Zad. 5

Badano roztwór doskonały cieczy lotnej A i B, w temperaturze T. Prężność pary nasyconej cieczy A w tej temperaturze wynosi 1220 mmHg. Roztwór cieczy A i B wrzał w temperaturze T pod ciśnieniem 1 atm i był w równowadze z parami o składzie X_A = 0.3.

1. Jaki był skład tego roztworu

2. Jeżeli te pary zostaną skroplone i dadzą roztwór, to z jakimi parami będą w równowadze?

3. Przedstaw rys. P=f(skład roztworu, skład par)

Zad.6

Badano roztwór doskonały cieczy lotnej A i B, w temperaturze 80 C. Prężności pary nasyconej cieczy A i B wynoszą odpowiednio: 950 i 633.3 mmHg. W tej temperaturze roztwór jest w równowadze z parami o takim samym składzie A i B. Następnie pary te skroplono oraz doprowadzono do wrzenia i nowego stanu równowagi.

5. Jaki był skład roztworu wyjściowego oraz po zakończeniu procesu?

6. Jaki będzie skład par po zakończeniu procesu?

7. Przedstaw na wykresie P=f(skład roztworu, skład par) realizowane przemiany i stany równowagi

8. Wiedząc, że T_wrz.A = 60 °C, T_wrz.B = 100°C pod ciśnieniem 1 atm przedstaw wykres T= f(X_roztw, X_para) dla roztworu wyjściowego.

Zad. 7.

W 984g wody rozpuszczono 57.3 g pewnej substancji nielotnej. Stwierdzono, że ciśnienie osmotyczne tego roztworu wynosi 5,5 * 10⁵ Pa, w temperaturze 298 K. Gęstość wody 1 g cm^-3. Δ_topH₂₇₃ = 6008 J/mol. W temperaturze 100.5 C ciśnienie pary wodnej wynosi 773.7 mmHg. Wszyscy wiemy pod jakim ciśnieniem wrze woda w 100 C.

Oblicz:

1. Masę molową nielotnej substancji,

2. Temperaturę topnienia tego roztworu,

3. Prężność par nad tym roztworem,

4. Temperaturę wrzenia roztworu.

Zad. 8

Roztwór 0.1g albuminy w 100 g wody w 298 K wykazuje ciśnienie osmotyczne 0.72 kPa. Gęstość wody 1.00 g cm^-3. Wiadomo, że woda pod ciśnieniem 0.8477 *10⁵ Pa wrze w temperaturze 368 K oraz znana jest wszystkim normalna temperatura wrzenia wody. Entalpia topnienia wody 6.01 kJ/mol. Jakie są:

1. Entalpia wrzenia rozpuszczalnika roztworu

2. Masa molowa albuminy

3. Temperatura wrzenia roztworu albuminy

4. Prężność par nad roztworem albuminy w temperaturze wrzenia

Zad. 9

Woda wrze pod ciśnieniem 1.013 * 10⁵ Pa w temperaturze 100 ⁰C. Stwierdza się, że woda pod ciśnieniem 0.8477 *10⁵ Pa wrze w temperaturze 368 K. Dodatek 1 g substancji nielotnej do 100 g wody zmienia jej temperaturę wrzenia 0.015^oC. Jaka jest masa molowa substancji nielotnej? Jakie wykaże cisnienie osmotyczne ten roztwór? Gęstość wody = 1g/cm³.

Zad. 10

Roztwór 0.15g substancji nielotnej w 150 g wody w 298 K wykazuje ciśnienie osmotyczne 0.567 kPa. Gęstość wody 1.02 g cm^-3. Woda wrze pod ciśnieniem 1.013 * 10⁵ Pa w temperaturze 100 ⁰C, zaś pod ciśnieniem 0.8477 *10⁵ Pa wrze w temperaturze 368 K.

Jakie są:

5. Masa molowa substancji nielotnej

6. Temperatura wrzenia roztworu

7. Prężność par nad roztworem w temperaturze wrzenia

Zad. 11

W 120 g benzenu rozpuszczono 4.37g pewnej substancji nielotnej. Temperatura wrzenia roztworu zmieniła się o 1.31 ⁰C względem temperatury wrzenia benzenu 353.2 K. Ciśnienia par benzenu w 20 C i 30C są równe odpowiednio: 74.9 i 118.1 mmHg.

Δ_topnieniaH benzenu = 9.837 kJ mol^-1, T_topnienia benzenu = 278.7 K

Jakie są:

1. Masa molowa nielotnej substancji

2. Temperatura topnienia roztworu

3. ciśnienia par roztworu ; prężność czystego rozpuszczalnika 6.126 Pa

4. ciśnienie osmotyczne roztworu w 293 K; gęstość rozpuszczalnika 0.8796 gcm^-3

H.E. Avery, D.J. Shaw, „Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej”, PWN

Rozdz. 6: Zadania: 9, 10, 17, 18, 20.

J. Demichowicz-Pigoniowa „Obliczenia fizykochemiczne”

Zadania: 7.7.2; 7.7.7; 7.7.13; 7.7.14; 7.7.15;

P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, C. Giunta „Chemia fizyczna, Zbiór zadań z rozwiązaniami”, PWN

Zadania: 8.1 - 8.4

Przykładowe zadania teoretyczne

Zad. 1

Wychodząc ze stanu równowagi wyprowadź odpowiednią zależność między ciśnieniem par a temperaturą procesu parowania. Jak na podstawie tej zależności można graficznie określić entalpię parowania cieczy?

Zad. 2

Przedstaw i omów wykres zależności potencjału chemicznego od temperatury dla czystej substancji w fazie stałej, ciekłej i gazowej. Wyjaśnij, jak i dlaczego zmieni się potencjał chemiczny cieczy po dodaniu składnika nielotnego i jak to wpłynie na wartości temperatur odpowiednich przejść fazowych.

Zad. 3

Właściwości koligatywne. Omówienie, wyprowadzenie wzorów.

---