6.16: Проблеми

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22107

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Використовуйте принцип Ле Шательє, щоб відповісти на питання 1-8.

1. Один грам йоду якраз розчиняється в\(2950\) мл води при температурі навколишнього середовища. Один грам йоду додають в\(1000\) мл чистої води і отриманої системі дають прийти в рівновагу. Коли рівновага буде досягнута, чи весь йод розчиниться? Що буде, якщо в урівноважену систему додати невелику кількість води?

2. Насичений розчин сульфату барію контактує з надлишком твердого сульфату барію. \[BaSO_4\left(s\right)\rightleftharpoons Ba^{2+}+SO^{2-}_4\]Додається невелика кількість\(BaCl_2\) концентрованого розчину. Як реагує система?

3. У присутності каталізатора кисень вступає в реакцію з діоксидом сірки з утворенням триоксиду сірки. \[{SO}_2\left(g\right)+\textrm{½}O_2\left(g\right)\rightleftharpoons SO_3\left(g\right)\]Конкретна система складається з врівноваженої суміші цих трьох газів. Додається невелика кількість кисню. Як реагує система?

4. Система, що містить ці три гази, знаходиться в рівновазі. \[{SO}_2\left(g\right)+\textrm{½}O_2\left(g\right)\rightleftharpoons SO_3\left(g\right)\]Ми раптово зменшуємо гучність цієї системи. Як реагує система?

5. У присутності каталізатора кисень вступає в реакцію з азотом з отриманням оксиду азоту. \[N_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\rightleftharpoons 2NO\left(g\right)\]Конкретна система складається з врівноваженої суміші цих трьох газів. Зберігаючи постійну температуру, ми раптово збільшуємо обсяг цієї системи. Як реагує система?

6. \[N_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\rightleftharpoons 2NO\left(g\right)\]Освіта оксиду азоту ендотермічна. (При постійній температурі система поглинає тепло, оскільки реакція відбувається зліва направо.) Як змінюється положення рівноваги при підвищенні температури цієї системи?

7. Чиста вода в незначній мірі дисоціює, виробляючи гідроній та гідроксид\(OH^-\) іони.\(H_3O^+\) Ця реакція називається автопротолізом води. \[{2H_2O\rightleftharpoons H}_3O^++OH^-\]Реакція автопротолізу аутопротолізу ендотермічна або екзотермічна? (Що відбувається з температурою, коли ми змішуємо кислоту з основою?) Як змінюється рівновага автопротолізу при підвищенні температури чистої води?

8. При температурі плавлення більшість речовин більш щільні в твердому стані, ніж знаходяться в рідкому стані. Така речовина знаходиться при температурі плавлення при певному тиску. Припустимо, що ми зараз збільшуємо тиск на цю систему. Температура плавлення речовини збільшується або зменшується?

Для кожної з систем 9 — 20 вкажіть

(а) які фази присутні,

(б) кількість фаз\(P\),

(d) кількість компонентів*\(C\), і

(е) кількість ступенів свободи,\(F\).

Припустимо, що температура і тиск кожної системи є постійними і що всі відповідні хімічні реакції знаходяться в рівновазі.

9. Чистий гелієвий газ\(He\), запаяний в скляну колбу.

10. Суміш гелієвого газу\(He\), і неонового газу\(Ne\), запечатана в скляній колбі.

11. Суміш\(N_2O_4\) газу і\(NO_2\) газу запечатана в скляній колбі. Ці сполуки реагують відповідно до рівняння\[N_2O_4\left(g\right)\rightleftharpoons 2NO_2\left(g\right)\]

12. Суміш\(N_2O_4\) газу,\(NO_2\) газу та\(He\) газу запечатана в скляній колбі.

13. Суміш\(PCl_5\) газу,\(PCl_3\) газу та\(Cl_2\) газу, запечатана в скляній колбі. Пропорції\(PCl_3\) і\(Cl_2\) довільні. Ці сполуки реагують відповідно до рівняння\[PCl_5\left(g\right)\rightleftharpoons PCl_3\left(g\right)+Cl_2\left(g\right)\]

14. Суміш\(PCl_5\) газу,\(PCl_3\) газу, газу та\(Cl_2\)\(He\) газу, запечатаних у скляній колбі. Пропорції\(PCl_3\) і\(Cl_2\) довільні.

15. Суміш\(PCl_5\) газу,\(PCl_3\) газу та\(Cl_2\) газу запечатана в скляній колбі. У цій конкретній системі кількість родимок\(\ PCl_3\) таке ж, як і кількість родимок\(Cl_2\).

16. Насичений водний розчин йоду,\(I_2\). Розчин контактує з кількістю твердого тіла\(I_2\).

17. Водний розчин, який містить іон калію\(K^+\), йодид-іон\(I^-\), іон трийодиду\(I^-_3\), і розчинений\(I_2\). Розчин контактує з кількістю твердого тіла\(I_2\). Нагадаємо, що іон трийодиду утворюється в результаті реакції.\[I^-+I_2\rightleftharpoons I^-_3\]

18. Водний розчин, який містить\(K^+\), і\(I^-\). Цей розчин контактує з кількістю твердого йодиду срібла,\(AgI.\) нагадаємо, що\(AgI\) досить нерозчинний. Нейтральні молекули\(AgI\) не існують як такі у водному розчині. Тверда речовина врівноважується зі своїми розчиненими іонами відповідно до реакції\[AgI\left(s\right)\rightleftharpoons Ag^++I^-\]

19. Водний розчин, який містить\(K^+\)\(I^-\), і іони хлориду,\(Cl^-\). Цей розчин контактує з сумішшю (чистої) твердої\(AgI\) і (чистої) твердої речовини\(AgCl\).

20. Водний розчин, який містить\(K^+\),,\(I^-\)\(Cl^-\), і нітратні іони,\(NO^-_3\). Цей розчин контактує з сумішшю (чистої) твердої\(AgI\) і (чистої) твердої речовини\(AgCl\).

21. Великий чан містить масло і воду. Масло плаває як шар поверх води. У Orville є ще один бак з резервним запасом масла. Він також має труби і насоси, які дозволяють йому перекачувати масло між його баком і чаном. У Wilbur є третій бак з резервним запасом води. У Wilbur є труби і насоси, які дозволяють йому перекачувати воду між його резервуаром і чаном. Їх насоси калібруються, щоб показати обсяг масла або води, що додається або видаляється з чана. Зазвичай Орвілл і Уілбур працюють командою, щоб підтримувати загальну масу рідини в чані постійною. Масло і вода мають щільність\(0.80\ \mathrm{kg\ }{\mathrm{L}}^{\mathrm{-1}}\) і\(1.00\)\(\mathrm{kg\ }{\mathrm{L}}^{\mathrm{-1}}\), відповідно. \(M_{vat}\)Дозволяти бути загальною масою рідин в чані.

(а) Якщо Orville перекачує невеликий обсяг нафти\(dV_{oil}\), в або з чана, тоді як Wilbur нічого не робить, яка зміна маси рідини в чані? (тобто,\(dM_{vat}=?\))

(б) Якщо Вілбур перекачує невеликий обсяг води\(dV_{water}\), в або з чана, тоді як Орвілл нічого не робить, яка зміна маси рідини в чані? (тобто,\(dM_{vat}=?\))

(в) Припустимо, що Орвілл і Уілбур вносять корективи,\(dV_{oil}\) і\(dV_{water}\) в той же час, але всупереч своїй звичній практиці, вони не узгоджують свої корективи один з одним. Якою була б зміна маси рідини в чані? (тобто,\(dM_{vat}=?\))

(г) Якщо Орвілл і Уілбур вносять корективи\(dV_{water}\),\(dV_{oil}\) і, в той же час, таким чином, щоб зберегти масу рідини в чані постійною, яке значення\(dM_{vat}\) результатів від цієї комбінації коригувань? (тобто,\(dM_{vat}=?\))

(e) З ваших відповідей на (c) і (d), які відносини між\(dV_{oil}\)\({}_{\ }\) і\(dV_{water}\) повинні підтримувати Орвілл і Уілбур, щоб підтримувати\(dM_{vat}\) постійність?

(f) Одного разу бос, пан Ле Шательє, доручає Орвіллу додати 1,00 л олії в чан. Якісно, які зміни накладає пан Ле Шательє на масу вмісту чана? (Тобто, який напрямок нав'язаної зміни?)

(g) Кількісно, яка зміна маси, яку накладає пан Ле Шательє? (Тобто, яке рівняння для зміни маси в чані в кг?

(h) Якісно, як повинен реагувати Вілбур?

(i) Кількісно, як повинен реагувати Вілбур? (Тобто, яке рівняння для зміни маси в чані в кг?)

22. Який з перерахованих нижче процесів може здійснюватися оборотно?

(а) Розплавлення кубика льоду.

(b) Розплавлення кубика льоду при 273,15 К і 1,0 бар.

(d) Розплавлення кубика льоду при 272,00 К і 1,0 бар.

(д) Обсмажування яйце.

(f) Їзда на американських гірках.

(g) Їзда на американських гірках і завершення їзди за 10 хвилин.

(h) Відокремлення чистої води від розчину солі при 1 бар і 280,0 К.

(i) Розчинення NaCl у водному розчині, насиченому NaCl.

(j) Стиснення газу.

(К) Вичавлювання соку з лимона.

(л) Вирощування бактеріальної культури.

(м) згинання (згинання) аркуша паперу.

(n) Складання (биговка) аркуша паперу.

Нотатки

\({}^{1}\)Значення ординат (тиск) для ліній рівноваги тверда - рідина та рідина-газ сильно стиснуті. Діапазони значень тиску настільки різні, що три лінії рівноваги не можуть бути корисними для показу на одному графіку.

\({}^{2}\)Ми також використовуємо тісно пов'язані величини, які ми називаємо fugacities. Ми думаємо про нечіткість як про «виправлений тиск». Для теперішніх цілей можна вважати безглуздість певним видом діяльності.

\({}^{3}\)Льюїс і М. Рендалл, Термодинаміка та вільна енергія хімічних речовин, 1\({}^{st}\) Вид., Макгроу-Хілл, Inc., Нью-Йорк, 1923, стор. 448.

\({}^{4}\)Ілля Пригогін, Вступ до термодинаміки незворотних процесів, Друге видання, Міжнаукові видавці, 1961.

\({}^{5}\)\({}^{\ }\)С.Р. де Гроор і П. Мазур, Нерівноважна термодинаміка, Dover Publications, Нью-Йорк, 1984. (Опублікований спочатку видавничою компанією Північної Голландії, Амстердам, 1962 р.)