Теоретичне обґрунтування. Стан системи характеризують числом ступенів свободи (варіантністю)

Стан системи характеризують числом ступенів свободи (варіантністю).

Число ступенів свободи (С) – це число термодинамічних параметрів, що визначають стан системи, які можна довільно змінювати (незалежно один від одного) без зміни числа фаз у системі.

Число ступенів свободи рівноважної термодинамічної системи, на яку із зовнішніх факторів впливають лише температура і тиск, дорівнює числу компонентів (К) мінус число фаз (Ф) плюс два.

С = К – Ф + 2

Цифра 2 в формулі відбиває існування двох зовнішніх факторів (Т, р), що впливають на стан системи.

Властивості конденсованих систем практично не залежать від тиску. Тоді число зовнішніх параметрів зменшиться на одиницю:

С = К – Ф + 1

Приклад. Обчислити число ступенів свободи, якими володіє система, що складається з:

а) розчину KNO₃ та NaNO₃ в присутності кристалів обох солей і парів води.

Рішення. Оскільки між KNO₃, NaNO₃ та водою не відбувається хімічної взаємодії, то число компонентів дорівнює числу складових системи: KNO₃, NaNO₃, H₂O, тобто К = 3. Використаємо рівняння правила фаз. В рівновазі знаходяться чотири фази: рідина, пари води і дві тверді (KNO₃, NaNO₃). Значить:

С = 3 + 2 – 4 = 1

Система одноваріантна.

 

Порядок виконання роботи:

1. Викладач проводить експрес опитування студентів за темою практичної роботи з метою виявлення готовності студента до виконання роботи.

2. Видача індивідуальних завдань для практичної роботи.

3. Студенти самостійно працюють над розрахунками, складають звіти, роблять висновки з роботи.

4. Захист практичної роботи має бути в усній або письмовій формі, як спланує заняття викладач.

 

Контрольні питання:

1. Що називають фазою?

2. Що називають компонентом?

3. Що називають ступенем свободи?

4. За яких умов існує фазова рівновага?

Варіанти індивідуальних завдань

До практичної роботи № 8

Варіант 1

1. Обчислити число ступенів свободи, яким володіє система, що складається з:

1) насичених розчинів CuSO₄ і Na₂SO₄.

2) ненасичених розчинів CuSO₄ і Na₂SO₄.

3) ненасичених розчинів і кристалів льоду.

2. Визначити число мір свободи на характерних ділянках кривої, охолоджування сплаву Bi – Cd, вміст Ві – 80%.

 

Варіант 2

1. Визначити число ступенів свободи для системи, яка складається з:

1) розчину цукру і куховарської солі.

2) розчину цукру і куховарської солі, пари води, кристали льоду.

3) розчину цукру і куховарської солі, пари води.

2. Визначити масу кристалів для 0,7 кг сплаву Bi – Cd, вміст Ві – 80%, t = 180⁰С.

 

Варіант 3

1. Визначити число ступенів свободи для системи, в якій можлива реакція:

СО₂ + С = 2СО, якщо

1) диоксид вуглецю знаходиться в газоподібному стані.

2) диоксид вуглецю знаходиться в твердому стані.

3) Визначити число ступенів свободи для системи CaCO_{3 (тв)} = СаО _(тв) – СО_{2 (газ)}.

2. Визначити число ступенів свободи за допомогою діаграми Sb – Pb в області В E N в точці Е.

Варіант 4

1. Визначити число ступенів свободи для системи, в якій можлива реакція:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂O, якщо

1) система складається з рідкого розплаву заліза, пари води і твердих кристалів Fe₃O₄.

2) залізо і оксид заліза знаходиться в твердому стані, а вода в рідкому стані.

3) залізо і оксид заліза знаходиться в твердому стані, а вода у вигляді пари.

2. Визначити масу кристалів для 0,5 кг сплаву О – ксилолу і М – ксилолу, вміст 30% М – ксилолу, при t = -40⁰С.

 

Варіант 5

1. Визначити число ступенів свободи для системи, в якій можлива реакція:

TiCl₄ + 2Mg = 2MgCl₂ + Ti, якщо

1) TiCl₄ і MgCl₂ – рідина, Mg і Ti знаходяться в твердому стані.

2) TiCl₄ в рідкому стані, Mg – пара, MgCl₂ – рідкому, Ti – в твердому.

3) TiCl₄ – пар, Mg – твердим, MgCl₂ – рідкому, Ti – в твердому.

2. Визначити число мір свободи за допомогою діаграми стану О – ксилолу і М – ксилолу в області АВД, в точці Д.

 

Варіант 6

1. Обчислити число ступенів свободи, яким володіє система, що складається з:

1) насичених KCl і ненасичений KNO₃.

2) ненасичений KCl і KNO₃.

3) ненасичений розчини KCl і KNO₃, водяний пар.

2. Визначити масу кристалів для 2 кг сплаву О – ксилолу і М – ксилолу, вміст 30%, М – ксилолу, при t = -50⁰C.

 

Варіант 7

1. Визначити число ступенів свободи:

1) Cu _(тв) → Cu _(ж).

2) розчин NaCl.

3) вода + масло, пара води + льод.

2. Визначити масу кристалів для 2 кг сплавів Sb-Pb, вміст 30%-Pb, при t = 470 ⁰С.

 

Варіант 8

1. Обчислити число ступенів свободи, якими володіє система, що складається з:

1) насиченого розчину куховарської солі, пари води, кристалів льоду.

2) ненасиченого розчину куховарської солі і кристалів льоду.

3) ненасичений розчин куховарської солі.

2. Визначити число мір свободи за допомогою діаграми стану Sb-Pb в області АЕК в точці Е.

Варіант 9

1. Визначити число ступенів свободи, якими володіє система, що складається з:

1) розчину Na₂SO₄, кристалів льоду і пари води.

2) розчину Na₂SO₄, кристалів льоду, кристалів Na₂SO₄, NaH₂O і пари води.

3) розчину Na₂SO₄ і пари води.

2. Визначити масу кристалів для 0,5 кг сплаву Ві – Cd, вміст Ві – 20%, при t = 300 ⁰С.

Варіант 10

1. Визначити число ступенів свободи для наступних систем:

1) S_ромб. = S_{монокл.} = S_пар.

2) S_ж = S_пар.

3) S_ромб = S_монокл = S_ж.

2. Визначити число ступенів свободи за допомогою діаграми стану О – ксилолу і М – ксилолу в області BCN, в точці В.

 

Варіант 11

1. Визначити число ступенів свободи для системи, що складається з:

1) розчину KCl і NaCl.

2) розчину KCl і NaCl, льоду, пари води.

3) розчину солей, пари води.

2. Визначити масу кристалів для 1 кг сплаву О – ксилолу і М – ксилолу, вміст 40% М – ксилолу, при t = -50⁰С.

 

 

Варіант 12

1. Визначити число ступенів свободи для системи, що складається з:

1) 2FeO = 2Fe + O₂.

2) CaCO₃ = CaO – CO₂.

3) Розчину KCl і NaCl у присутності льоду.

2. Визначити масу кристалів для 1 кг сплаву Ві – Cd, вміст 20% Cd, при t = 250⁰C.

 

 

Рекомендована література:

1. Гамеева О.С. Физическая и коллоидная химия.М.: Висш.школа,1969.408с.§32,33,34,35,36.

Практична робота №9

Тема роботи - Розрахунок кількості речовини для приготування розчинів заданої нормальної, молярної, процентної концентрації.

Мета роботи – навчитися робити розрахунки кількості речовини для приготування розчинів заданої молярної, процентної, нормальної концентрації.

 

Теоретичне обґрунтування

Відомо кілька способів вираження концентрації розчинів:

1. Ваговий, (С) процентна концентрація – число грамів розчиненої речовини в 100г розчину

Приклад: 10% водний розчин NaCl це означає, що в 100г розчину міститься 10г NaCl.

 

2. Молярна концентрація (С_м) – число молей розчиненої речовини в 1000 мл розчину.

Приклад 0,1 м розчин CuSO₄. Це означає, що в 1000 мл розчину міститься 0,1 моль CuSO₄.

 

3. Нормальна концентрація (С_н) – число грам – еквівалентів розчиненої речовини в 1000 мл розчину.

Приклад 0,7н розчин Са(ОН)₂. Це означає, що в 1000 мл розчину міститься 0,7 грам – еквівалента Са (ОН)₂

Грам – еквівалент речовини можна розрахувати наступним чином:

1 г – екв. кислоти = молярна маса кислоти / число іонів n⁺

1 г – екв. основи = молекулярна маса основи / число іонів (ОН)^-

1 г – екв. солі = молекулярна маса солі / число іонів металу*валентність металу

 

4. Молярна доля – показує яку частину від загального числа молей розчину складає розчинена речовина (або розчинник)

Якщо число молей розчинника прийняти за n_а, а число молей розчиненої речовини n_в, то молярну долю розчиненої речовини можна виразити:

N_в = n_в / n_а + n_в,

а молярну долю розчинника:

N_а = n_а / n_а + n_в,

Число молей розчинника можна розрахувати:

n_в = маса розчиненої речовини / молекулярна маса розчиненої речовини

а розчинника:

n_а = маса розчинника / молекулярна маса розчинника