По уравнению Клапейрона-Клаузиуса температура и давление насыщенного пара зависят от теплоты испарения, температуры и разности объемов жидкости и пара: dp/dT = ΔH/(T(Vпар - Vжид)). Если пар считать идеальным газом, то из уравнения Менделеева-Клапейрона pVпар = RT получается Vпар = RT/p A поскольку объем пара намного больше объема жидкости, то объемом жидкости можно пренебречь: Vпар - Vжид = Vпар = RT/p Подставляя это выражение в уравнение Клапейрона-Клаузиуса, получаем: dp/dT = ΔH / (T(RT/p) = pΔH/(RT²) Или dp/pdT = ΔH / RT², dlnp/dT = ΔH / RT², dlnp = dT/T². Интегрируя от p₁ до p₂ и от T₁ до T₂, получаем: ln(p₂/p₁) = (ΔH/R) (1/T₁ - 1/T₂)
Отсюда ΔH = R ln(p₂/p₁) / (1/T₁ - 1/T₂) Подставляя данные из задачи, получаем: ΔH = R ln(20/5) / (1/(178 + 273) - 1/(24,5 + 273)) = = 8,31 Дж/(К*моль)* ln4 / (1/451 K - 1/297,5 K) = = 8,31 Дж/(К*моль)* 1.386 / (-0.00115 / K ) = -10 020 Дж/моль = = - 10 кДж/моль. (Странно, по одному из учебников теплота испарения 100%-й серной кислоты составляет 510,9 кДж/моль. Видимо, в этой задаче какой-то подвох, например, связанный с тем, что в парах серной кислоты присутствуют и вода, и SO₃, и состав пара отличается от состава раствора. Несколько смущает и тот факт, что по условию задачи, чем выше температура, тем ниже давление насыщенного пара, а вообще должно быть наоборот. Кроме того, при высоких температурах серная кислота разлагается на H₂O и SO₃ и при 400 К этим уже нельзя пренебрегать. Также давление паров очень сильно зависит от концентрации H₂SO₄, а про это в задаче не слова.)
ЧАСТЬ А. Тестовые задания с выбором ответа
1 ( ). Общая формула аренов:
А. СnН2n+2 Б.CnH2n В.CnH2n-2 Г.CnH2n-6
2.( ). Углеводород с формулой СН3—СН3 относится к классу:
А. Алканов. Б. Алкенов. В. Алкинов. Г. Аренов.
3( ). Изомером вещества, формула которого
СН2 = CН—СН2—СН3, является:
А. 2-Метилбутен-2. Б. Бутен-2. В. Бутан. Г. Бутин-1.
4( ). Предыдущим гомологом пентадиена-1,3 является:
А. Бутадиен-1,3. Б. Гексадиен-1,3.
В. Пропадиен-1,2. Г. Пентан.
5.( ). Вещество, для которого характерна реакция замещения:
А. Бутан. Б. Бутен-1. В. Бутин. Г. Бутадиен-1,3.
6.( ). Вещество, для которого характерна реакция гидрирования:
А. Пропен. Б. Пропан. В. Этин. Г. Этен.
7.( ). Формула вещества X в цепочке превращений
t +Н?, Ni
СН4 → X → С2Н4:
А. С02. Б. С2Н2. В. С3Н8. Г. С2Н6.
8.( ). Для получения углеводорода с более длинной углеродной цепью применяют реакцию:
А. Вюрца. Б. Зайцева В. Кучерова. Г. Марковникова.
9. ( ). Формулы веществ, вступающих в реакцию друг с другом:
А. С2Н4 и СН4. Б. С3Н8 и Н2. В. С6Н6 и Н20. Г. С2Н4 и Н2.
10.( ). При полном сгорании 1 л газообразного углеводорода (н. у.) образовалось 2 л оксида углерода (IV). Углеводородом является:
А. Бутан. Б. Метан. В. Пропан. Г. Этан.
ЧАСТЬ Б. Задания со свободным ответом
11 ( ). Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений:
СН4 → СН3Сl → С2Н6 → C2H5N02.
Дайте названия продуктов реакций.
12 ( ). Для З-метилбутина-1 запишите не менее трех формул изомеров. Дайте название каждого вещества, укажите виды изомерии.
13 ( ). Перечислите области применения алкенов.
14 ( ). При сжигании 29 г углеводорода образовалось 88 г оксида углерода (IV) и 45 г воды. Выведите молекулярную формулу углеводорода.
Если пар считать идеальным газом, то из уравнения Менделеева-Клапейрона pVпар = RT получается Vпар = RT/p
A поскольку объем пара намного больше объема жидкости, то объемом жидкости можно пренебречь: Vпар - Vжид = Vпар = RT/p
Подставляя это выражение в уравнение Клапейрона-Клаузиуса, получаем: dp/dT = ΔH / (T(RT/p) = pΔH/(RT²)
Или dp/pdT = ΔH / RT², dlnp/dT = ΔH / RT², dlnp = dT/T².
Интегрируя от p₁ до p₂ и от T₁ до T₂, получаем:
ln(p₂/p₁) = (ΔH/R) (1/T₁ - 1/T₂)
Отсюда ΔH = R ln(p₂/p₁) / (1/T₁ - 1/T₂)
Подставляя данные из задачи, получаем:
ΔH = R ln(20/5) / (1/(178 + 273) - 1/(24,5 + 273)) =
= 8,31 Дж/(К*моль)* ln4 / (1/451 K - 1/297,5 K) =
= 8,31 Дж/(К*моль)* 1.386 / (-0.00115 / K ) = -10 020 Дж/моль =
= - 10 кДж/моль.
(Странно, по одному из учебников теплота испарения 100%-й серной кислоты составляет 510,9 кДж/моль. Видимо, в этой задаче какой-то подвох, например, связанный с тем, что в парах серной кислоты присутствуют и вода, и SO₃, и состав пара отличается от состава раствора. Несколько смущает и тот факт, что по условию задачи, чем выше температура, тем ниже давление насыщенного пара, а вообще должно быть наоборот. Кроме того, при высоких температурах серная кислота разлагается на H₂O и SO₃ и при 400 К этим уже нельзя пренебрегать. Также давление паров очень сильно зависит от концентрации H₂SO₄, а про это в задаче не слова.)