Równowagi fazowe - semestr IV

1. Metanol CH₃OH i czterochlorek węgla CCl₄ tworzą roztwory ciekłe rzeczywiste. W tabeli podano temperatury wrzenia p = 1atm roztworów o różnym składzie oraz składy wytwarzanej pary.

TWrz [K]	XCH OH	YCH OH
332,5	0,918	0,753
331,2	0,883	0,696
330,1	0,838	0,649

Azeotrop o składzie X_{CH OH} = 0,555 wrze w temp. 327,7K.

Obliczyć:

A. współczynnik aktywności CH₃OH w roztworze azeotropowym w temperaturze 327,7K (p=1atm).

ΔH_par[CH₃OH w T_wrz=327,7K] = 35,39 kJ/mol

B. 10 moli pary o składzie Y_{CH OH} = 0,753 ochłodzono do temperatury 330,1K (p=1atm). Jaka jej część uległa skropleniu?

C. roztwór o składzie X_{CH OH} = 0,7 poddano rektyfikacji (p=1atm). Co otrzymano w wyniku przeprowadzenia tego procesu?

2. Rysunek przedstawia diagram fazowy (T,p=const) układu trójskładnikowego ciekłego.

A. podać interpretację tego diagramu.

Jakie fazy i o jakich składach (wskazać punkty na wykresie ile zawierają one składników) powstało z mieszaniny o składzie X?

2. 
   jak będzie się zmieniał średni skład układu oraz składy faz, jeśli do mieszaniny o składzie X będzie-my dodawać cieczy?

3. Dla reakcji syntezy amoniaku

0,5 N_2(g) + 1,5 H_2(g) ↔NH_3(g)

Dane:

	ΔH^otw.298 [kJ/mol]	S^O298 [J/mol⋅K]	Cp [J/mol⋅K]
H2	-	130,6	29,0
N2	-	191,5	30,0
NH3	-46,2	192,5	43,5

A. podać wyrażenie dla stałej K_p

B. obliczyć stałą K_p w temperaturze 500^OC

C. przedyskutować wpływ T,p. na położenie stanu równowagi

D. podać sposób obliczenia składu równowagowego mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 500^OC, pod p=100atm, jeśli do reakcji użyto stechiometryczną mieszaninę azotu i wodoru (K_p=0,8)

E. czy mieszanina zawierająca 1 mol NH₃, 0,5 mola N₂, 1 mol H₂ pod ciśnieniem p=100atm w T=500^OC będzie znajdować się w stanie równowagi? Jeśli nie, podać kierunek biegu reakcji.

4. Omówić kriometryczną metodę wyznaczania masy molowej

5. Omówić dwie konwencji określania współczynnika aktywności

6. Na czym polega przybliżenie stanu stacjonarnego?

7. Obliczyć potencjał elektrody wodorowej w następujących warunkach: T=298K, a_pH =1atm, pH=2.

8. Naszkicować i zinterpretować diagram fazowy dla układu perytektycznego.

9. Badając kinetykę hydrolizy octanu etylu w środowisku alkalicznym CH₃COOC₂H₅ + NaOH → CH₃COONa + C₂H₅OH

Otrzymano następujące wyniki:

A. w temperaturze 298K, gdy stężenia substratów były jednakowe [A]_o=[B]_o=a zauważono, że czas połowicznego przereagowania jest odwrotnie proporcjonalny do stężenia początkowego.

B. wzrost temperatury o 10K (bez zmiany stężeń) powodował dwukrotne zmniejszenie czasu połowicznego przereagowania.

Wyznaczyć rząd i energię aktywacji tej reakcji.

10. Reakcja równoległa drugiego rzędu zachodzi wg schematu

T,V=const

C stężenia początkowe substatów: [A]_o=[B]_o=a

A + B

D Podać równanie różniczkowe oraz jego postać całkową

opisującą zmiany stężeń substatów w czasie biegu rea-

kcji.

11. Cykloheksan i heksan tworzą roztwory ciekłe doskonałe.

Obliczyć:

A. prężność par oraz ich skład nad roztworem ciekłym zawierającym 30%wag. heksanu w temp. 30^oC

B. skład roztworu wrzącego w temp. 347K pod p=1013hPa oraz skład pary pozostającej z nim w równowadze

Dane:

	ΔHpar [kJ/mol]	TWRZ. [K]
cykloheksan	30,08	353,8
heksan	28,85	341,8

12. Metanol i benzen tworzą układ azeotropowy o składzie 64,5%mol. CH₃OH, wrzący w temp. 329,4K pod p=9,67⋅10^-4 Pa. Czysty metanol pod p=9,67⋅10^-4 Pa wrze w temp. 351,6K, a jego entalpia parowania wynosi 35,39 kJ/mol

A. obliczyć współczynnik aktywności metanolu w roztworze o składzie azeotropowym

B. naszkicować wykres izobar wrzenia i kondensacji dla tego układu. Co o-trzymamy w wyniku izobarycznej destylacji frakcyjnej roztworu zawierają-cego 30%mol. metanolu?

13. Mieszanina wody z pewną cieczą organiczną (założyć całkowitą niemieszalność) wrze pod ciśnieniem normalnym w temp. 95^oC, a destylat zawiera 10%wag. substancji organicznej. Obliczyć masę molową tej substancji?

ΔH_par[H₂O]=40,66 kJ/mol

14. W temp. 330K benzen (1) i m-fenylenodiamina (2) wykazują ograniczoną mieszalność. Nasycony roztwór m-fenylenodiaminy w benzenie (α) zawiera 18% wag. fenylenodiaminy, a nasycony roztwór benzenu w m-fenylenodiaminie (β) zawiera 26% wag. benzenu. W temp. 330K zmieszano 50g roztworu zawierające-go 10% wag. fenylenodiaminy z 50g roztworu zawierającego 10% wag. benzenu. Obliczyć masy faz α i β.

X

K₁

K₂

---