Семинар по теме «Фазовое равновесие в однокомпонентных системах» № 2

1. Определить температуру кипения хлорбензола при 26,66 кПа (200 мм рт. ст.), если его нормальная температура кипения 405,4 К, а при 53,33 кПа (400 мм рт. ст.) он кипит при температуре 383,2 К. Вычислить теплоту испарения, изменение энтропии, внутренней энергии, энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при испарении 1 моль хлорбензола при нормальной температуре кипения.

, где изменение количества газообразных веществ, в случае испарения:

Для любого равновесного фазового перехода

Ответ: Т = 362 К; ∆Н_исп = 37,34 кДж/моль; ∆S_исп = 92,10 Дж/(моль * К); ∆U_исп = 33,97 кДж/моль; ∆G_исп = 0 кДж/моль; ∆А_исп = -3,37 кДж/моль.

2. Зависимость давления (Па) насыщенного пара от температуры для фреона CCl₂F₂ выражается уравнением lgP = 34,5 – 2406,1/T – 9,26lgT + 0,0037T. Определить давление насыщенного пара, теплоту испарения, изменение энтропии, энергии Гиббса и теплоёмкости при испарении 1 моля фреона при 298 К.

Подставив в исходное уравнение температуру рассчитаем давление насыщенного пара над фреоном:

Для расчёта остальных функций переведём логарифм в натуральный:

По закону Кирхгоффа:

Ответ: P = 4,14 * 10⁴ Па; ∆Н_исп = 29,33 кДж/моль; ∆S_исп = 98,43 Дж/моль К; ∆G_исп = 0 кДж/моль; ∆С_P = -34,76 Дж/моль К.

3. На основании справочных данных о значениях температуры кипения при различном внешнем давлении рассчитайте температурный коэффициент давления насыщенного пара (dP/dT) для метилового спирта при нормальной температуре кипения. Теплоту испарения метанола в интервале 45 – 65 ºС принять постоянной величиной.

Для самостоятельного решения.

Ответ: P₁ = 400 мм рт. ст.; Т₁ = 49,9 ºС; P₂ = 760 мм рт. ст.; Т₂ = 64,5 ºС (стр. 30 спр. Равделя); ∆Н_исп = 39,87 кДж/моль; dP/dT = 4261 Па/К.

4. При 1,01 * 10⁵ Па и -38,87 ºС жидкая ртуть имеет плотность 13,69 г/см³, а твёрдая 14,19 г/см³. Рассчитайте температуру плавления ртути при давлении 3 * 10⁸ Па, если удельная теплота плавления ртути равна 9,74 Дж/г.

Запишем уравнение Клаузиуса:

Разделим переменные:

Необходимо выразить разницу между объёмами твёрдой и жидкой фаз через имеющиеся плотности ртути:

, где масса вещества

Если в качестве массы взять величину равную молярной массе, то получится молярное изменение объёма, если 1 кг – то изменение объёма при плавлении 1 килограмма ртути. Поскольку теплота плавления дана в Дж/г, в качестве массы удобнее брать 1 кг и все используемые величины переводить в систему СИ. Тогда:

ºС

Ответ: 253,61 К.

5. Зависимость температуры плавления калия от давления (атм), по Бриджмену, выражается уравнением

Определите температуру плавления и теплоту плавления при давлениях 1,6 атм и 12000 атм, если изменение объёма , см³/г.

Рассчитаем температуры плавления:

Запишем уравнение Клаузиуса:

Обратите внимание, что знаменатель был получен из уравнения зависимости температуры от давления, выраженного в атмосферах. Т.е. приведённые коэффициенты имеют смысл, только при подстановке давления в атмосферах. Числитель же содержал зависимость объёма от температуры выраженную в см³/г. Таким образом, рассчитывая теплоту плавления по уравнению выше ответ будет получаться в .