JS2017 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie        str. 1/1
Seminární cvičení č. 9   C3150 Základy fyzikální chemie - seminář
Úkol č. 9.1 (Vliv tlaku na chemický potenciál)
Vypočítejte, jaký bude mít vliv zvýšení tlaku o 100 kPa na kapalnou a pevnou fázi oxidu uhličitého (Mr = 44.0 g moľ1), které jsou ve vzájemné rovnováze, přičemž jejich hustoty jsou 2.35 g cm3 a 2.50 g cm"3).
Řešeni:
Vm= — => Afj. = 1.76 J mol_1(s) -1.87 J mor1©
P P
—^zvýšení tlaku způsobí tuhnutí.
Úkol č. 9.2 (Vliv tlaku na teplotu varu)
Odhadněte áTláp pro vodu při její normální teplotě varu. Hodnota standardní výparné entalpie vody Avap^6 činí 40.7 kJ moľ'. Jak se změní teplota varu vody, zvýší-li se tlak ze standardního na hodnotu o lOkPa vyšší?
Řešení:
— - —^----(tzv.Troutonova konst) ■ • • = 109.07 J K"1 mol-1 -Ávap7 * Vm(g)
dT    TAvapV J T
dT 0.0224
dT 1
*mCg) = 0.0224 n^mol-1 = 4869.20 Pa K"
dp 109.07
= 2.0537 ■ 10_4K Pa-1 = 0.2053 K kPa
dp 4869.20
dT = 0.2053 ■ dp = 0.2053 ■ 10 = 2.1 K Úkol č. 9.3 (Henryho zákon)
Vypočtěte rozpustnost (molalitu) oxidu uhličitého ve vodě při teplotě 25 °C při parciálním tlaku CO2 10.132 kPa a 101.325 kPa. Henryho konstanta K (CO2) = 3.0MO3 kPa kg moľ1.
Řešení: označme molalitu látky J jako bj
pj = bjKj
bj = §- = 3.37 mmol kg"1 (pl) - 0.0337mol kg-1(p2)
Úkol č. 9.4
Vypočítejte látkovou koncentraci nasyceného roztoku (rozpustnost) dusíku ve vodě o hustotě
p (H2O) = 0.99709 kg dm3, která je ve styku se vzduchem při teplotě 25 °C. Jaké budou parciální tlaky
složek, jestliže známe celkový tlak 91.2 kPa a víme-li, že vzduch obsahuje 75.52 % dusíku
(Mr = 28.02 g mol"1), 23.15 % kyslíku (Mr = 32.00 g moľ1), 1.28 % argonu (Mr = 39.95 g moľ1) a 0.046
% oxidu uhličitého (Mr = 44.0 g moľ1). Henryho konstanta je pro dusík ve vodě
K (N2) = 1.56' 105 kPa kg moľ1 Nápověda: Molární zlomek nezávisí na celkové hmotnosti vzorku, zvolíme si pro snadnější výpočet 100 g vzorku. Vypočtené látkové množství jednotlivé složky poslouží k výpočtu jejich parciálních tlaků.
Řešení:
ni mr mi
pj = xjp-xj = -f— -n, = —— - w, =
S/=lWj MrU~)       J ^vzorku
TTít        75 5 Z
Vzorový výpočet pro dusík: nj = M ^ = 28Q2 = 2.6952mol (pro celkový počet molů spočítat všechny složky).
fc
j = 3
Xj — = 0.7809-..pj =Xjp = 71.2181 kPa
Ďj =    = 0.4565 mmol kg 1 ••• Cr = bjp = 0.4552mmol dm 3 Úkol č. 9.5 (Domácí úkol)
Zařízení pro karbonizaci vody dostupné pro domácí účely dodává oxid uhličitý při tlaku 506.625 kPa. Odhadněte látkovou koncentraci oxidu v sodovce. Henryho konstanta K (CO2) = 3.01 103 kPa kg moľ1.
Úkol č. 9.6 (Raoultův zákon)
Při měření rovnováhy mezi kapalinou a parou roztoku aceton (A)/methanol (M) při teplotě 57.2 °C a tlaku 101.325 kPa bylo nalezeno, že pro = 0.516 (molární zlomek látky A v páře) a x a = 0.400 (molární zlomek látky A v kapalině). Vypočítejte na základě Raoultova zákona aktivity a aktivitní koeficienty. Tlaky par čistých složek při této teplotě jsou pA* = 105.0 kPa a pu = 73.5 kPa.
Řešení:
yA =—^— = —^— = 0.516 =>p„ =101325 ■ 0.516 Pa = 52283.7 Pa
Va+Vm     101325 ľ/l
pM =(101325 - 52283.7) Pa = 49041.3 Pa EA = Ž^HZ = Q.498794
ň      pA 105000 -
pM      49041.3     n t-t-H-irtr.
aM = ir =-= 0.667229
M     p*M 73500 -
^0498794 ,A      XA 0.400 -
yi# = £g = M67229
řM     xM 0.600 -
Ukol č. 9.7
Při teplotě 300 K je tlak par čisté kapaliny A 76.7 kPa a čisté kapaliny B 52.0 kPa. Tyto dvě sloučeniny tvoří ideální kapalnou i plynnou směs. Molární zlomek složky A v páře je va = 0.350. Vypočítejte celkový tlak páry a složení kapalné směsi.
Řešení:
yA =       =       = 0.350
Ptotai Ptotal
Ptotal Ptotal
„        _ XaPa _ XBPb _ 0.650p^
Ptotal ~ „ 3S0 - 0 650 => XB ~ XA „_3SOp.
XA~>rXB = ^
0.650p^ _ . Xa ~t Xa      ~    7" — 1 A       710.3S0pg
^ (1 + olioS) = 1 ^        =       Jsop*  = 1+MS0-76.7 = 0267 B 1+£IÍÔ££ 0.3S0-S2.0
Úkol č. 9.8
Dibromethen (DE, /?de* = 22.9 kPa při 358 K) a dibrompropen (DP, pm* = 17.1 kPa při 358 K) tvoří téměř ideální roztok. Je-li vde = 0.60, jaký je celkový tlak, když je celý systém v kapalném stavu a jaké je složení páry, je-li převážná většina systému v kapalném stavu?
Řešení:
yDE = = XDgPDE = Q6
Ptotal Ptotal
y de + yDP = i^yDp= — =       = 0.4
Ptotal Ptotal
_ XdePde _ XdpPdp   . v     _v 0Ap*DE Ptotal-     „6    -     04    => xdp ~ xde 06php
xde + xdp = 1
0.4p|)g _ .
xde + xde^pYp~ 1
Xde i1 + ~1^xde- ~ 770™ - 0-528
xDP = 1 - xDE = 1 - 0.528 = Q.472
Ptom = í^£k = 2^1^ = 20,2 kPa ftotai        06 06 -