Физическая химия. Сборник заданий с примерами решений

Министерство образования и науки Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
Е.В. ТИМАКОВА, А.А. КАЗАКОВА 
 
 
 
 
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 
 
СБОРНИК ЗАДАНИЙ  
С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЙ 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2018 

УДК 544(076.1) 
Т 41 
Рецензенты: 
д-р хим. наук, профессор  Н.Ф. Уваров 
канд. хим. наук, доцент  А.И. Апарнев 
 
Работа подготовлена на кафедре химии и химической технологии  
для студентов, обучающихся по техническим направлениям 
 
Тимакова Е.В. 
Т 41          Физическая химия. Сборник заданий с примерами решений: 
учебное пособие / Е.В. Тимакова, А.А. Казакова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. – 136 с. 
ISBN 978-5-7782-3575-5 
Пособие является частью учебно-методического комплекса по 
дисциплине «Физическая химия» и включает в себя типовые задачи 
для выполнения индивидуальных заданий по основным разделам химической термодинамики. Разработано в соответствии с ФГОС ВО 3+ 
и рабочей программой по дисциплине «Физическая химия». Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 18.03.01 – Химическая технология и 18.03.02 – Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии и биотехнологии. 
 
УДК 544(076.1) 
 
Тимакова Евгения Владимировна 
Казакова Анна Александровна 
 
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 
 
СБОРНИК ЗАДАНИЙ С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЙ 
 
Учебное пособие 
 
Редактор Л.Н. Ветчакова 
Выпускающий редактор И.П. Брованова 
Дизайн обложки А.В. Ладыжская 
Компьютерная верстка С.И. Ткачева 
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции 
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП) 

Подписано в печать 31.05.2018. Формат 60  84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз.  
Уч.-изд. л. 7,9. Печ. л. 8,5. Изд. № 25. Заказ № 835. Цена договорная 

Отпечатано в типографии 
Новосибирского государственного технического университета 
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20 
 
ISBN 978-5-7782-3575-5 
 
 
      © Тимакова Е.В., Казакова А.А., 2018 
© Новосибирский государственный     
технический университет, 2018        

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение .................................................................................................................. 4 
1. Расчет энтальпии реакции с использованием следствий закона Гесса 
и стандартных энтальпий различных процессов.............................................. 5 
Задание № 1 ......................................................................................................... 5 
Примеры выполнения задания № 1 ................................................................. 10 
2. Расчет термодинамических функций для химической реакции  
и для процессов с участием идеальных газов ................................................. 15 
Задание № 2 ....................................................................................................... 15 
Примеры решения задания № 2 ....................................................................... 18 
3. Расчет констант равновесия химической реакции с использованием 
различных методов ........................................................................................... 29 
Задание № 3 ....................................................................................................... 29 
Примеры решения задания № 3 ....................................................................... 36 
4. Способы выражения концентрации и коллигативные свойства  
растворов ........................................................................................................... 46 
Задание № 4 ....................................................................................................... 46 
Примеры решения задания № 4 ....................................................................... 53 
5. Расчеты парциальных мольных величин термодинамических  
функций ............................................................................................................. 59 
Задание № 5 ....................................................................................................... 59 
Примеры решения задания № 5 ....................................................................... 64 
6. Аналитические и графические расчеты по диаграммам состояния 
однокомпонентных систем .............................................................................. 71 
Задание № 6 ....................................................................................................... 71 
Пример решения задания № 6 ......................................................................... 78 
7. Интерпретация и количественные расчеты по диаграммам кипения 
двухкомпонентных систем ............................................................................... 85 
Задание № 7 ....................................................................................................... 85 
Пример выполнения задания № 7 .................................................................... 91 
8. Интерпретация и количественные расчеты по диаграммам плавкости 
двухкомпонентных систем ............................................................................... 95 
Задание № 8 ....................................................................................................... 95 
Пример выполнения задания № 8 .................................................................... 99 
9. Расчетно-графическое задание ...................................................................... 105 
Библиографический список ............................................................................... 109 
Приложение ......................................................................................................... 110 

 
 
 
 
 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Издание является составной частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Физическая химия», включает в себя основные 
типовые задачи по химической термодинамике и является продолжением учебных пособий [1, 2]. 
Задачи располагаются по тематическим разделам, соответствующим их рассмотрению в учебных пособиях [1, 2]. Примеры решения 
типовых задач подробно рассмотрены в пособии [2]. В настоящем 
учебном издании дан необходимый теоретический материал, рекомендации и рассмотрены примеры решения типовых задач, предлагаемых 
в качестве индивидуальных заданий. Пособие в полном объеме дополнено справочными данными, необходимыми для выполнения предложенных заданий. 
Цель настоящего пособия – развитие навыков решения задач по 
физической химии путем самостоятельного выполнения индивидуальных заданий с использованием различных справочных данных.  
Для решения задач также рекомендуется пользоваться базой данных Ивтантермо, размещенной на сайте химического факультете МГУ, 
режим доступа:  http:/ /www.chem.msu.su/rus/handbook/ivtan/. 
 
 
 

1. РАСЧЕТ ЭНТАЛЬПИИ РЕАКЦИИ  
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЛЕДСТВИЙ  
ЗАКОНА ГЕССА И СТАНДАРТНЫХ ЭНТАЛЬПИЙ 
РАЗЛИЧНЫХ ПРОЦЕССОВ  

Задание № 1 

Указания: для решения задач используйте справочные данные 
табл. П1 – П6.  

Задача 1.1 
Рассчитайте тепловой эффект реакции А (см. вариант, табл. 1.1) 
при 298 К по стандартным энтальпиям образования химических соединений (см. табл. П1): 
а) при р = const;  
б) при V = const. 
Т а б л и ц а  1.1 

Номер 
варианта 
Реакция А 
Номер 
варианта 
Реакция А 

1 
2H2 + CO = CH3OH(ж)
14
SO2 + Cl2 = SO2Cl2

2 
4HCl + O2 = 2H2O(ж) + 2Cl2
15
CO + 3H2 = CH4 + H2O(ж)

3 
NH4Cl = NH3 + HCl
16
2CO + SO2 = S(ромб) + 2CO2

4 
2N2 + 6H2O(ж) = 4NH3 + 3O2
17
CO + Cl2 = COCl2(г)

5 
4NO + 6H2O(ж) = 4NH3 + 5O2
18
CO2 + H2 = CO + H2O(ж)

6 
2NO2 = 2NO + O2
19
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O(ж)

7 
N2O4 = 2NO2
20
2CO2 = 2CO + O2

8 
Mg(OH)2 = MgO + H2O(г)
21
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2

9 
CaCO3 = CaO + CO2
22
C2H6 = C2H4 + H2

10 
Ca(OH)2 = CaO + H2O(г)
23
C2H5OH(ж) = C2H4 + H2O(ж)

11 
S(ромб) + 2H2O(ж) = SO2 + 2H2
24
CH3CHO(г) + H2 = C2H5OH(ж)

12 
S(ромб) + 2CO2 = SO2 + 2CO
25
C6H6(ж) + 3H2 = C6H12

13 
2SO2 + O2 = 2SO3
 

Задача 1.2 
Рассчитайте тепловые эффекты химических реакций в растворах 
при 298 К (см. вариант, табл. 1.2) по стандартным энтальпиям образования химических соединений и ионов (см. табл. П1). 

Т а б л и ц а  1.2 

Номер 
варианта 
Уравнения реакций 

1 
3Cu(т)+ 8HNO3(aq) = Cu(NO3)2(aq) + 2NO(г) + 4H2O(г) 

2 
Al2(SO4)3(т) = Al2(SO4)3(aq) 

3 
2As(т) + 5Cl2(г) + 8H2O(ж) = 2H3AsO4(aq) + 10HCl(aq) 

4 
NO(г) + NO2(г) + 2NaOH(aq) = 2NaNO2(aq) + H2O(ж) 

5 
2HNO2(aq) + 2HI(aq) = I2(г) + 2NO(г) + 2H2O(ж) 

6 
Ag(т) + FeCl3(aq) = AgCl(т) + FeCl2(aq) 

7 
SO2(г) + H2O(ж) + NO2(г) = H2SO4(aq) + NO(г) 

8 
3P(т) + 5HNO3(aq) + 2H2O(ж) = 3H3PO4(aq) + 5NO(г) 

9 
HNO3(aq) + 3HCl(aq) = 2H2O(ж) + NOCl(г) + Cl2(г) 

10 
2NO2(г) + H2O(ж) = HNO3(aq) + HNO2(aq) 

11 
Al2(SO4)3(т) + 6NaCl(aq) = 2AlCl3(aq) + 3Na2SO4(aq) 

12 
Na2CO3(aq) + Ca(OH)2(т) = CaCO3(т) + 2NaOH(aq) 

13 
3Hg(ж) + 8HNO3(aq) = 3Hg(NO3)2(aq) + 2NO(г) + 4H2O(ж) 

14 
2NaOH(aq) + Hg(NO3)2(aq) = 2NaNO3(aq) + HgO(т) + H2O(ж) 

15 
CaSO4(т) + Na2CO3(aq) = CaCO3(т) + Na2SO4(aq) 

16 
2KMnO4(aq) + 16HCl(aq) = 2KCl(aq) + 2MnCl2(aq) + 8H2O(ж) + 5Cl2(г) 

17 
Cu(т) + 2AgNO3(aq) = Cu(NO3)2(aq) + 2Ag(т) 

18 
Cd(т) + CuSO4(aq) = CdSO4(aq) + Cu(т) 

19 
Cu(т) + 2H2SO4(aq) = CuSO4(aq) + SO2(г) + 2H2O(ж) 

20 
H2O(ж) + SO3(г) = H2SO4(aq) 

21 
I2(г) + H2O(ж) + Na2SO3(aq) = 2HI(aq) + Na2SO4(aq) 

22 
2HMnO4(aq) + 5HNO2(aq) = 2Mn(NO3)2(aq) + HNO3(aq) + 3H2O(ж) 

23 
2NO2(г) + 2NaOH(aq) = NaNO3(aq) + NaNO2(aq) + H2O(ж) 

24 
SO2(г) + H2O(ж) + NO2(г) = H2SO4(aq) + NO(г) 

25 
MnO2(т) + 4HCl(aq) = MnCl2(aq) + Cl2(г) + 2H2O(ж) 

Задача 1.3 
Рассчитайте тепловой эффект образования вещества А из простых 
веществ при 298 К и стандартном давлении (см. вариант, табл. 1.3), 
если известна его энтальпия сгорания при этой температуре и стандартном давлении (см. табл. П2).  

Т а б л и ц а  1.3 

Номер  
варианта 
Вещество А 
Формула 
Состояние 

1 
Уксусная кислота 
С2H4O2 
ж 

2 
1,1-дихлорэтан 
С2H4Cl2 
ж 

3 
1,2-дихлорэтан 
С2H4Cl2 
г 

4 
Этиленгликоль 
С2H6O2 
ж 

5 
Диметиламин 
С2H7N 
ж 

6 
Ацетон 
С3H6O 
ж 

7 
Пропионитрил 
С3H5N 
ж 

8 
Изопропиловый спирт 
С3H8O 
ж 

9 
Пропиловый спирт 
С3H8O 
ж 

10 
Глицерин 
С3H8O3 
ж 

11 
Бутиронитрил 
С4H7N 
ж 

12 
Бутиловый спирт 
С4H10O 
ж 

13 
Бензойная кислота 
С7H6O2 
тв 

14 
Диэтиловый эфир 
С4H10O 
ж 

15 
Пиридин 
С5H5N 
ж 

16 
Амиловый спирт 
С5H12O 
ж 

17 
Этиловый спирт 
С2H6O 
ж 

18 
Нитробензол 
С6H5O2N 
ж 

19 
Фенол 
С6H6O 
тв 

20 
Гидрохинон 
С6H6O2 
тв 

21 
Анилин 
С6H7N 
ж 

22 
Циклогексанол 
С6H12O 
ж 

23 
Ацетонитрил 
С2H3N 
ж 

24 
Бензиловый спирт 
С7H8O 
ж 

25 
Гептанол-1 
С7H16O 
ж 

Задача 1.4  
Рассчитайте количество теплоты, которое выделяется или поглощается при разбавлении a кг водного b %-го раствора вещества А  
в c кг воды при 298 К (см. вариант, табл. 1.4) по справочным данным 
об интегральных теплотах растворения (см. табл. П3, П4). 

Т а б л и ц а  1.4 

Номер 
варианта 
Вещество 
А 
a 
b 
c 
Номер 
варианта 
Вещество 
А 
a 
b 
c 

1 
HCl 
1 
26 
2 
14 
KOH 
4 
45 
3 

2 
HCl 
2 
38 
3 
15 
KOH 
5 
40 
1 

3 
HCl 
3 
30 
4 
16 
KOH 
1 
35 
2 

4 
H2SO4 
4 
90 
1 
17 
HNO3 
2 
50 
4 

5 
H2SO4 
5 
80 
2 
18 
HNO3 
3 
40 
5 

6 
H2SO4 
1 
70 
3 
19 
NH3 
4 
30 
10 

7 
H2SO4 
2 
60 
3 
20 
LiCl 
5 
30 
3 

8 
HCl 
3 
34 
1 
21 
LiBr 
1 
45 
2 

9 
NaOH 
4 
30 
1 
22 
NaBr 
2 
40 
6 

10 
NaOH 
5 
25 
2 
23 
KI 
3 
50 
6 

11 
NaOH 
1 
40 
3 
24 
NaCl 
4 
26 
10 

12 
NaOH 
2 
35 
4 
25 
NaI 
5 
30 
10 

13 
KOH 
3 
50 
2 
 
 
 
 
 

 

Задача 1.5  
Рассчитайте теплоты образования органических веществ (см. вариант, табл. 1.5) по энергиям связей (см. табл. П5, П6) при 298 К. По полученным значениям энтальпий образования для газов рассчитайте 
энтальпию образования для указанного агрегатного состояния и определите расхождение между вычисленными и табличными данными.  
 

Т а б л и ц а  1.5 

Номер 
варианта 
Вещество А 
Состояние 

Энтальпия 
образования, 
кДж · моль–1 

Энтальпия  
испарения, 
кДж · моль–1 

1 
Глицерин С3H8O3 
ж 
–659,4 
76,023 

2 
Бутиловый спирт  С4H10O 
ж 
–369,5 
39,67 

3 
Метилэтилкетон С4H8O 
ж 
–278,99 
37,45 

4 
Амиловый спирт С5H12O 
ж 
–398,73 
46,024 

5 
Валериановая к-та С5H10О2 
ж 
–548,1 
44,016 

6 
Гексиловый спирт С6H14О 
ж 
–395,15 
64,85 

7 
Бензиловый спирт С7H8O 
ж 
–161,04 
50,46 

8 
Амиловый спирт С5H12O 
ж 
–360,1 
52,09 

9 
Циклогексанол С6H12O 
ж 
–350,83 
45,48 

10 
Ацетон  С3H6O 
ж 
–247,7 
35,3 

11 
Этиленгликоль С2H6O2 
ж 
–454,8 
56,9 

12 
Пропиловый спирт С3H8O 
ж 
–306,6 
46,233 

13 
2,2-диметилбутан С6Н14 
ж 
–211,9 
26,36 

14 
Диэтиламин С4H11N 
ж 
–125,94 
31,982 

15 
Уксусноэтиловый эфир С4H8O2 
ж 
–469,5 
36,39 

16 
Этиловый спирт С2H6O 
ж 
–278,32 
43,22 

17 
Уксусная кислота С2H4O2 
ж 
–484,9 
47,5 

18 
2,4-диметилпентан С7H16 
ж 
–231,7 
29,62 

19 
Диметилацетилен С4H6 
ж 
–119,8 
26,53 

20 
Аллиловый спирт С3H6O 
ж 
–186,2 
39,67 

21 
Ацетальдегид С2H4O 
ж 
–190,4 
24,4 

22 
Нитрометан СH3О2N 
ж 
–113,0 
38,271 

23 
Нитроэтан С2H5О2N 
ж 
–140,1 
38,07 

24 
1-нитропропан С3H7О2N 
ж 
–167,6 
43,38 

25 
Хлорбензол С6H5Cl 
ж 
–247,7 
35,3 

Примеры выполнения задания № 1 

Пример 1.1. Рассчитайте тепловой эффект реакции при 25°С: 
а) при р = const; 
б) при V = const. 

Fe2O3(т) + 3СО(г) = 2Fe(т) + 3СО2(г),  

если стандартные энтальпии образования веществ следующие (см. 
табл. П1). 
 
Вещество 
Fe2O3(т) 
СО(г) 
Fe(т) 
СО2(г) 

ΔfН°, кДж · моль–1 
–821,32 
–110,5 
0,00 
–393,51 

 
Решение. а) Qp = ΔH. Согласно первому следствию из закона Гесса 





o
o
o
298
298
298
прод
исх
1
1

i
i

r
i
f
i
f
H
n
H
n
H







 

тепловой эффект реакции равен 

ΔrH° = 2ΔfН°(Fe(т)) + 3ΔfН°(СО2(г)) – ΔfН°(Fe2O3(т)) – 3ΔfН°(СО(г)) = 

= 3(–393,51) – (–821,32) + 3(–110,5) = –27,71 кДж · моль–1. 

б) QV = ΔU, ΔrH° = ΔrU° + ΔrnRT. Приращение числа моль газообразных веществ реакции равно Δrn = 3 – 3 = 0 (так как образуется 
3 моль СО2, а в реакцию вступает также 3 моль газообразных веществ – 3 моль СО), следовательно,  ΔrH° = ΔrU° = –27,71 кДж · моль–1. 
Ответ: ΔrH° = ΔrU° = –27,71 кДж · моль–1. Реакция экзотермическая. 
Пример 1.2. Рассчитайте тепловой эффект реакции, протекающей в 
растворе  при 25 °С, если реагирующие вещества находятся в виде 
ионов 
3Fe(NO3)2(aq) + 4HNO3(aq) = 3Fe(NO3)3(aq) + NO(г) + 2Н2О(ж), 
а стандартные энтальпии образования ионов и веществ следующие (см. 
табл. П1). 
 
Вещество/ионы 
Fe2+ 
NO3
– 
Fe3+ 
NO(г) 
Н2O(ж) 

ΔfН°, кДж · моль–1 
–87,9 
–206,57 
–47,7 
90,37 
–285,84