ЗАКОН ГЕССА. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОПЛИВА. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА РЕАКЦИИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ. УРАВНЕНИЕ КИРХГОФА

Задачи по теме «Химическая термодинамика

1. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ. ПРОЦЕССЫ
 ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ПРИ ПОСТОЯННОМ

ОБЪЕМЕ

Пример 1. Рассчитайте разницу между тепловыми эффектами при постоянном давлении и постоянном объеме ( Qp — Qv ) реакции
С₂ H₄ 0_(г) + H_{2 (г)} = C₂ Н₅ 0Н_(Ж) , протекающей при 298 К. Чему равна эта разница, если температуру повысить до 400 К и спирт перевести в газообразное состояние?

Решение. 1-й закон термодинамики можно выразить уравнением

ΔU = Q - A_мех

где ΔU - изменение внутренней энергии системы (U₂-U₁) при переходе системы из состояния "1" в состояние “2"; Q — теп­лота; A_мех - работа механическая, равная рΔV, где р - дав­ление, а ΔV- изменение объема (V₂-V₁).

Тепловой эффект процесса, протекающего при р=const
Q_p= ΔH = ΔU+pΔ , (1.2)

 

где ΔH - изменение энтальпии.

 

Тепловой эффект процесса, протекающего при р = const

Q_p-Q_v=pΔV=ΔnRT,

где R - газовая постоянная = 8,3144 Дж/моль *К; Δn=n₂-n₁ ; n_{1 и} n₂ - количество молей реагентов и продуктов реакции газообразных веществ; T - температура, К.

Отсюда: 1) при 298 К Q_р - Q_v = ΔnRT = (0-2) 8,3144-298 = -4955,38 Дж;

2) при 400 К и газообразном С₂Н₅ОН Qp – Q_v = (1-2) 8,3144-400 = -3325,76 Дж.

Ответ при 298 К Qp-Qv = -4955,38 Дж; при 400°К Q_p - Q_v= -3325,76 Дж.

Пример 2 . Определить стандартную энтальпию образования

ацетилена по энергиям связей отдельных его атомов:

2С_(гр) ⁺ H₂ → C₂H₂ ; Δ H^о_{обр .}

Решение. Стандартная энтальпия (теплота) образованиям Δ H^о_обр - тепло, поглощенное или выделенное в процессе синтеза 1 моля соединения из простых веществ при условии, что все компоненты системы находятся в стандартных состояниях.

Верхний индекс Δ H^о здесь и в последующих случаях Δ G^о, Δ S^о, Δ F^о обозначает, что реагирующие вещества находятся в своих стандартных состояниях. Стандартное состояние для газов - это состояние идеального газа при давлении 1 атм (101330 Па) и определенной температуре. Для жидкости - это состояние чистой жидкости, а для твердых веществ — это кристаллическое состояние при тех же условиях. Строго говоря, температура должна быть точно указана в виде индекса.

Например, Δ H^о ₂₇₃ , однако, если не оговорено, то стандартное состояние относится к 298 К. Образование молекулы ацетилена Н – С ≡С- Н сопровождается образованием двух связей Н - С (358,2 кДж/моль) и одной связи С ≡ С (536 кДж/моль); разрушением связи H – H (430 кДж/моль) и переходом 2C_(rp) → 2-С_(г) (525 кДж/моль).

Образование связи сопровождается выделением энергии, разрушение - поглощением.

Δ H^о_{обр C2H2} = (-358,2*2)+(-536)+430+525*2=227,6 кДж/моль.

Ответ. Δ H^о_{обр C2H2}  = 227,6 кДж/моль.

 

Задачи

1.Вычислить разность между Q_p и Q_v при 298 К для реак­ции полного сгорания бензола С₆Н_6, нафталина С₁₀ Н₈ и этилена C₂H₄ с образованием диоксида углерода и воды в жидком состоянии.

2. Найти разность между Q_p и Qv при 298 К для следую­щих реакций:

N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г) ; 2SO_2(г)+O_2(г) ⇄2SO_3(г)

2C_(гр)+O_2(г)=2CО_2(г); NH₄CL_(кp) ⇄ NH_3(г)+ HCL_(г).

3. Тепловой эффект реакции 1/2 N_2(r)+3/2 H_2(г) ⇄NH_3(г) при постоянном давлении, при температуре 298 К Q_p ⁼ Δ H= = -46,26 кДж/моль.

Определить Q_v для этой реакции при этой же температуре.

4. Тепловой эффект изобарного процесса, протекающего по реакции
2Fe_(кр)+3/2 О_2(г)=Fe₂O_{3 (кр)} , при 291 К равен -82З,З кДж/моль. Определить тепловой эффект для изохорного процесса, протекающего по этой реакции при той же температуре.

5. Вычислить разность между Q_p и Q_v при 773 К для реакции CO_2(г) + C_(гр)= CO_(г) и
  3C₂H_2(г) → C₆H_6(г) .

6. Энергия диссоциации H₂ , Cl₂ и стандартная энтальпия образования HCl соответственно составляют 436,243 и -92 кДж/моль. Вычислить энергию связи H-Cl .

7. Рассчитайте тепловой эффект сгорания метилацетата по энергиям связей при 298 К. Реакция сгорания метилацетата протекает по уравнению

CH₃COOCH_{3(ж) +} 3,5O_2(г) → 3H₂O_(г) + 3CO_2(г)  ; Δ H^о.

Структурная формула метилацетата

                    H O       H

                     |  ||        |   

             H— C— C —O — C — H

                     |                 |

                     H              H  

 

8. Рассчитать стандартную энтальпию образования этилена

                          H  H

                           |    | 

                  H — C = C — H

 

получаемого по уравнению
 2C_(гр) + 2H_2(г)- C₂H_4(г) ; ΔH
по величинам энергии связей. Сравнить полученный результат с табличным (см. табл. 1).

9. Вычислить стандартную энтальпию образования H — бутана

   H H H H

    |   |   |  |

H — C — C — C— C— H

    |    |  | |

  H  H H H
по энергиям связей.

Уравнение образования бутана

4C_(гр) + 5H_2(г) = C₄ H₁₀ ; Δ H°

 

10. Вычислить стандартную энтальпию образования метанола по величинам энергий связи

C_(гр) + 2H₂ + 1/2 O₂ = CH₃OH ; ΔH°.

Сравнить полученную величину с табличным значением (см. табл. З).

11. Рассчитайте тепловой эффект (ΔH° ) дегидратации эти­лового спирта по уравнению реакции

    H H                H      H

     | |                  \      /

H — C— C — OH_(ж) → C = C + H — O — H ; ΔH°

     | |                   /     \ 

   H H                H      H_(г)

Энергии соответствующих связей взять в табл. 1, теплоты испарения спирта
и воды - в табл. 2.

12. Рассчитать тепловой эффект ( ΔH° ) сгорания этилацетата

    H

     |            O H H

H — C — С                 |  |

     |            O — C — C — H_(ж)

    H                     |  |

                               H H           до СO₂ и H₂O_(ж)

по энергиям разрыва связей при 298 К. (Энергию связей см. в табл. 1, теплоту испарения этилацетата и H₂ O - в табл. 2).

 

ЗАКОН ГЕССА. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОПЛИВА. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА РЕАКЦИИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ. УРАВНЕНИЕ КИРХГОФА

Пример 1. Определить при 298 К тепловой эффект (ΔH°) реакции       

Al₂O_{3(кр) +} ЗSO_3(г)= Al₂(SO₄)_3(кр) ;  ΔH° .

Решение. Если ΔH реакции > О - реакция эндотермическая, идет с поглощением тепла; если ΔH  реакции < О - реакция экзотермическая, идет с выделением тепла. По следствию из закона Гесса имеем: тепловой эффект реакции ΔH° равен разности между суммой стандартных энтальпий (теплот) образования Δ H^о_обр продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов ν_j, ν_i) :

     продукты     реагенты

δη°=ς v_j Δ H^о_обр - ς ν_i Δ H^о_{обр .}                        (2.1)

Из табл. 3 выпишем значения стандартных энтальпий образования:

Δ H^о_{298 Al2O3(кр)} = -1672 кДж/моль;

Δ H^о_{298 SO3(г)} =-395,7 кДж/моль;

Δ H^о_{298 A12(S04)3(кр)}= -3439,0 кДж/моль.

Тепловой эффект реакции находим по (1.2.1):

Δ H^о= Δ H^о_{298 A12(S04)3} - Δ H^о_{298 Al2O3} - 3 Δ H^о_{298 SO3} =

= -3439,0+1672+3*395,7 = -580,8 кДж

Ответ   ΔΗ°= -580,8 кДж.

Пример 2 . Определить тепловой эффект ΔΗ° реакции этерификации щавелевой кислоты метиловым спиртом, протекающей по уравнению

(СООН)₂+ 2СН₃ ОН—> (соосн₃)₂ + 2Н₂О ,

если стандартные энтальпии сгорания (см. табл. 5)

ΔH^o_cгop(COOН)₂ = -251,8 кДж/моль;

ΔH^o_cгop (СН₃ОН) = -727,59 кДж/моль;

ΔH^o_cгop (COOCН₃)₂₌ -168О,19 кДж/моль.

Решение. По следствию из закона Гесса имеем: тепловой эффект реакции равен разности между суммой энтальпий сгорания реагентов и суммой энтальпий сгорания конечных продуктов с учетом их стехиометрических коэффициентов:

реагенты продукты

ΔH^o=Σ ν_i ΔH^o_cгop - Σ ν_j ΔH^o_cгop     (1.2.2)

Следовательно,

ΔH^o = ΔH^o_{cгop(COOН)2}  + 2 ΔH^o_{cгop (СН3ОН)} - 2 ΔH^o_{cгop (COOCН3)2} - 2 ΔH^o_{cгop (H2O)}= - 251,8 - (2*727,59)+1680,19 = -26,79 кДж.

Энтальпия сгорания Н₂0 (а также CO₂ ) равны нулю.

Ответ . ΔH^o = -26,79 кДж.

Пример 3. Определить стандартную энтальпию образования (Δ H^о_{298 обр}) этилена, если тепловой эффект реакции горения этилена равен - 1412,99 кДж/моль, а стандартные энтальпии образования (Δ H^о_{298 обр}) CО₂ и H₂O_(ж) равны соответственно - 394,07 и - 286,26 кДж/моль.

Решение. Горение этилена происходит по реакции

C₂H_4(г) + 3О₂ = 2СО_2(г) + 2Н₂О_(ж);

ΔΗ = -1412,99 кДж/моль

По следствию из закона Гесса (1.2.1):

Δ H^о =2Δ H^о_{298 Н2О} + 2Δ H^о_{298 СО2} - Δ H^о_{298 С2Н4} - Δ H^о_{298 О2}

Стандартные энтальпии образования простых веществ равны нулю, отсюда Δ H^о_{298 О2}= 0. Тогда

Δ H^о_{298 C2H4} = 2Δ H^о_{298 H20} +2Δ H^о_{298 CO2} - Δ H^о =-(2*286,26)- (2*394,07) +1412,99 = -572,52-788,14+ +1412,99 = 52,3 кДж/моль.

Ответ . Δ H^о_{298 C2H4} = 52,3 кДж/моль.

Пример 4 . Рассчитать теплотворную способность метана. Реакция горения метана протекает по уравнению

СН₄ + 2O₂ = СО₂ + 2H₂O; Δ H^о.

ΔH^o_cгop метана равна -891,63 кДж/моль.

Решение. Теплотворной способностью топлива называется количество тепла, выделяющееся при сгорании одного килограм­ма топлива (топливо состоит из горючего и окислителя).

По формуле (1.2.2) имеем

ΔΗ°= ΔH^o_{cгop CH4} + ΔH^o_{cгop O2} - ΔH^o_{cгop CO2} - ΔH^o_{cгop H2O;}

ΔH^o_cгop для O₂, Н_2O и СO₂ равны нулю,

Поэтому ΔΗ⁰= ΔH^o_{cгop CH4} = -891,632 кДж/моль. Это количество тепла выделяется при сгорании 80 г топлива (вес 1-го моля метана и 2-х молей кислорода). Следовательно, теплотворная способность метана

Т.С. = (891,632/80)*1000=1114,54кДж/кг

Ответ . т.С. метана равна 1114,54 кДж/кг.

Пример 5. Определить тепловой эффект реакции

CH₃OH_(г) + 3/2O₂=CO_2(г) + 2H₂O_(г) при 500К и 1013 гПа

Решение. Зависимость теплового эффекта реакции от темпе­ратуры выражается уравнением Кирхгофа (если в данном процес­се отсутствуют фазовые превращения)

ΔΗ_Τ = ΔΗ⁰_Т0 + ΔС°_р dT ,  (2.3)

где ΔС°_р - разность сумм молярных изобарных теплоемкостей продуктов реакций и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов. Приняв, что ΔС°_р не зависит от температуры в данном температурном интервале(T₀ до T), уравнение (2.3) за­пишем в виде

ΔΗ_т= ΔΗ⁰_Т0 + ΔС°_р (Т-Т₀). (2.4)

Для решения этого уравнения необходимо знать тепловой эф­фект реакции при какой-либо температуре Т₀ . Удобно воспользо­ваться тепловым эффектом, вычисленным по закону Гесса- при Т₀= 298 К. Стандартные энтальпии образования компонентов берем из табл. 3. По формуле (2.1)

Δ H^о₂₉₈ = Δ H^о_{298 CO2} + 2Δ H^о_{298 H2O} - Δ H^о_{298 CH3OH(г)} -3/2 Δ H^о_{298 O2}=

= -394-(2*241,8)-(-201,2)-0=-676,4 кДж.

Далее находим ΔС°_р по табличным значениям С_р (табл.4):

ΔС°_р= С°_{р CO2} + 2 С°_рH2O - С°_рCH3OH -3/2 ΔС°_рO2=

37,13+2.33_ι56-43,9-3/2·(29,36)=16_>31 Дж/моль*К =

= 16,31·10^-3 кДж/моль*К, отсюда по формуле (1.2.4)

 

δΗ°₅₀₀ = -676,4+16,31·10^-3(500-298) = -676,4 + 3,29 = -673,11 кДж.

Ответ. δΗ°₅₀₀ = -673,11 кДж.

Задачи

13. Вычислить тепловой эффект реакции дегидрирования этана

2С₂Н₆→ 2СН₄ + C₂H₂+H₂ .

Расчет произвести по стандартным энтальпиям сгорания компонентов табл. 5 и по стандартным энтальпиям образования табл. 3. Ответы сравнить.

14. Опpедeлить теплоту cгopания фocфopиcтогo водорода

2PH₃ + 4O₂ → P₂ O₅ +3H₂O_(ж) ; ΔН^o.

Cтандapтныe энтальпии образования компонентов взять в табл. 3.

15. Опpедeлить тепловой эффект peaкции:

Fe₃O₄ + CО → 3FeO + CO₂ ; ΔH^o.

16. При cοединении 2,1 г железа c ceρой выдeлилocь
3,77 кДж. Pаccчитать cтандаpтнyю энтальпию oбpазoвания сульфида железа.

17. Найти кoличecтво теплоты, выделяющейся при взрыве
8,4 л гpeмучeгo газа, взятого при ноpмaльныx ycлoвияx.

18. Определить cтандаρтнyю энтальпию (Δ H^о₂₉₈)  обpазoвания
РH₃ , иcxoдя из ypавнения

2PH_3(г)+4O_2(г) →P₂О_5(кр) + 5H₂O_(ж) ; ΔH^о=-2398 кДж

19. Cpавнить Δ H^о₂₉₈  peакций воccтановления оксида железа (III) различными вoccтановителями при 298 K:

а) Fe₂O_3(кр)+2H_2(г) →2Fe_(кр) + 3H₂O_(г);

б) Fe₂O_3(кр)+3C_(гр) →2Fe_(кр) + 3СО_(г);

в) Fe₂O_3(кр)+3CO_(г) →2Fe_(кр) + 3СО_2(г).

20. Bычиcлить Δ H^о₂₉₈ обpaзования MgCO_3(кр) при 298 K, пользуясь cледyющими данными:

C_(гр)+O_2(г) → CO_{2 (г) ;} Δ H^о₂₉₈ = -394 кДж;

2Mg+O₂ → 2MgO_(кp); ΔH^o₂₉₈ = -1203,6 кДж;

MgO_(кр) + CO_{2 (г)} →MgCO_3(кр); ΔH^o₂₉₈ = -117,6 кДж.

2 . Bычиcлить Δ H₂₉₈ pеaкций :

а) 2Li_(кр)+2H₂O_(ж) →2Li⁺_(водн) + 2OH^-_(водн) + H_2(г) ;

б) 2Na_(кр)+ 2H₂O_(ж) →2Nа⁺_(водн)  + 2OH^-_(водн) + H_2(г).

Cтандаpтные энтальпии обpазοвания Li⁺(водн), Na⁺(водн) и OH^-(водн) принять cooтвeтcтвeннo paвными - 278,5: -239 и 228,9 кДж/моль.

22. Bычиcлить, какое кoличеcтвo тепла выделяeтcя при протекающих в opганизмe pеакциях пpевpaщения глюкозы:

а) C₆ H₁₂ O_{6 (кр)} →=2 C₂ H₅ OH_{( ж)} + 2 CO_{2 (г)} ; Δ H ^о₁

б) C₆H₁₂O_6(кр)+6O_2(г) →6СO_2(г) + 6H₂O_(ж); ΔH^о₂.

Какая из этих реакций πocтавляeт оpганизмy больше энергии?

23. Cтандаpтная теплота oбpазoвания жидкого бензола при
298 K paвнa 82,9 кДж/моль. Haпишитe ypaвнение peaкции, к
котopой отноcитcя этот тепловой эффект.

24. Сколько тепла выдeлитcя при вoccтанoвлeнии 8г окиси
меди водородом c oбpазoванием жидкой воды?

25. Реакция oбpазoвания xлopиcтoгo водоpодa из xлоpа и
водорода выpажаeтcя ypавнeниeм:

H₂+Cl₂→2HCl; Δ H°= -184,6 кДж.

Cкoлькo тепла выдeлитcя при coeдинeнии 1 литра xлopа c
водородом?

26. Oпpeдeлить тeплотвоpнyю cпоcобноcть этилена. Реакция
гоpeния этилена выpажаeтcя уравнением:

С₂H₄+3O₂→2CO₂+2H₂O.

27. Определить теплотвоpнyю cпocoбнocть этана. Реакция
горения этана:

C₂H₆ +3,5O₂ →2CO₂+3H₂O.

28. Рассчитать тeплoтвopнyю cпоcобноcть ацетилена. Реакция горения ацетилена:

C₂H₂+ 2,5O₂→2CO₂+H₂O.

29. Οпpeдeлить тепловой эффект реакции:

CH₄+2О₂ →CO₂+2H₂О_(г) при Т=700 K.

30. Οпpеделить тепловой эффект реакции:

4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O_(г) пpи Т= 500 K.

31. Οпpeдeлить тепловой эффект peакции:

2CO+O₂=2CO₂ при 800 K.

32. Οпpeдeлить тепловой эффект реакции:

2SO₂ + O₂ →2SO₃ при 400 K.

ЗЗ. Οпредeлить тепловой эффект реакции oбpазoвания хлориcтoгo водopoда из xлopа и вoдopoдa при 800 K.

34. Реакция получения водяного газа H₂+CO идет по уравнению

C_(гр)+H₂O_(г) →CO_(г)+H_2(г) ; ΔH^o.

Вычислите тепловой эффект ΔH^o реакции. Найдите, сколько поглощается тепла при образовании 1000 л водяного газа (н.у.).

35. Исходя из ΔH^o₂₉₈ образования H₂O_(г) (-241,8 кДж/моль)
и следующих данных:

FeO_(кр)+ CO_(г) → Fe_(кр)+ CO_2(г); Δ H^о298 =-18,2 кДж

2CO_(г) + O_{2 (г}→ 2CO_2(г); Δ H^о298 = -566,0 кДж.

вычислить Δ H^о298 реакции

FeO_(кр)+H_2(г) →Fe_(кр)+H₂O_(г).

36. Найти массу метана, при полном сгорании которой с образованием жидкой воды выделяется теплота, достаточная для нагревания 100 г воды от 293 K до 303 K. Мольную теплоемкость воды принять равной 75,3 Дж/моль*К.

37. Рассчитайте тепловой эффект ΔH^o реакции

2Cl₂ + 2H₂O→4HCl + O₂ ,
протекающей при 798 K, считая, что теплоемкости вcex веществ-участников реакции в интервале 298 - 798K остаются постоянными.

38. Укажите, как изменится (увеличится, уменьшится или останется неизменным) тепловой эффект реакции СО +2Н₂ → СН₃ОН_(г) при изменении температуры от 298 K до 1000 K при P=const.

39. Определить изменение энтропии для 1 кг воздуха при нагревании его от 223 до 323 К (при этом происходит изменение давления от 10⁶ до 10⁵ Па). Массовая теплоемкость воздуха 1,005 Дж/г∙К. Средняя молекулярная масса воздуха 29.

40. Средняя массовая теплоемкость железа равна 0,486 Дж/г∙ К. Определить изменение энтропии ΔS при нагревании 1 кг железа от 100 до 150^оС.

41. Определить суммарное изменение энтропии при нагревании 1 моля бензола от температуры плавления (5,49 ^оС) до полного испарения при температуре кипения (80,2^оС). Теплота плавления бензола 126,54 Дж/г, теплота парообразования 396 Дж/г, массовая теплоемкость бензола 1,94 Дж/г∙ К.

42. Вычислить cyммаpное изменение энтропии при нагревании 1 моля воды от темпеpатуpы плавления до полного иcпаpения пpи температypе кипения. Теплота плавления льда 335,2 Дж/г, теплота паpообpазоваиия воды 2260 Дж/г, маccовая теплоемкость воды 4,188 Дж/г∙K.

43. Вычиcлить изменение энтpопии ΔS пpи cтандapтныx
уcловияx для pеакций:

2H₂S+SO₂→2H₂O_(ж)+3S_(кр) ; Zn_(кр)+H₂SO_4(ж) → ZnSO_4(ж) + H_2(г).
CH₄ + 2O₂ → CO₂ +2H₂O_(r) .

44. Oпpеделить изменение энеpгии Гиббcа ΔG^o для реакции

N₂+2H₂O_(ж)=NH₄NO₂;  

и дать заключение о возможноcти ее пpотекания пpи cтандаpтных ycловиях.

45. Вычиcлить изобарно-изотeрмичecкий потеициал ΔG^o реакций и дать заключение о возможноcти иx пpοтекания пpи cтандаpтныx yсловияx:

а) 3С₂H₂→C₆H₆ ; ΔG^o₁ ;

б) CO₂+2NH₃→NH₂-CO-NH₂ + H₂O_(ж) ; ΔG°₂;

в) СH₃-CH₂-CH₂OH→ CH₃-СН=СН₂ + Н₂О_(ж); ΔG°₃.

46. Hе пpоизводя вычиcлений, ycтанοвить знак ΔS cледyющиx пpоцеcсов:

а) 2NH_3(г) →N_2(г)+3H_2(г) ;

б) CO_2(кр) →CO_2(г) ;

в) 2NO_(г)+O_2(г) →2NO_2(г) ;

г) 2H₂S_(г)+3O_2(г) →2H₂O_(ж)+2SO_2(г) ;

д) 2CH₃OH_(г)+3O_2(г) →4H₂O_(г)+2CO_2(г).

47. Опpеделить знак изменения энтpoпии для pеакций:

2A_2(г)+B_2(г) →2A₂B­_(ж).

Возможно ли пpотекание этой pеакции в cтандаpтныχ ycловияx? Ответ обоcновать.

48. Установить, пpотекание какиx из нижеcледyющих pеакций возможно в cтандаpтных ycловияx пpи 298 K:

а) N_2(г)+1/2O_2(г) →N₂O_(г);

б) 4HCl_(г)+ O_{2 (г)} → 2Cl_{2 (г)} + 2H₂O_(ж) ;

в) Fe₂O_3(кр)+ 3CO_(г) →2Fe_(кр)+ 3CO_2(г) .

49. Вычислить ΔG для реакции:

CаCO_3(кр) = СаО_(кр)+CO_2(г)

при 298 К, 773 К и 1773 K. Зависимостью ΔH , ΔS от температуры пренебречь. Построить график зависимости ΔG от температуры и найти по графику температуру, выше которой указанная реакция может протекать самопроизвольно.

50. Вычислить ΔG°₂₉₈ следующих реакций восстановления
оксида железа (II):

а) FeO_(кр) + 1/2 C_(гр) → Fe_(кр) + 1/2 CО_{2 (г)};

б)FeO_(кр) + C_(гр) → Fe_(кр) + CO_(г) ;

в) FeO_(кр) + CO_(г) → Fe_(кр) + CO_2(г) .

Протекание какой из этих реакций наиболее вероятно?

51. Указать, какие из реакций образования оксидов азота,
и при каких температурах (высоких или низких) могут протекать самопроизвольно:

а) 2N _2(г) + O_{2 (г)} → 2N₂O_(г) ; Δ H^о₂₉₈>0 ;

б) N_2(г) + O_2(г) → 2NO_(г) ; Δ H^о₂₉₈>0 ;

в) 2NO_(г) + O_2(г) → 2NO_2(кр); Δ H^о₂₉₈<0 ;

г) NO_(г) + NO_2(г) → N₂ O_{3 (кр)} ; Δ H^о₂₉₈<0 ;

д) N_2(г) + 2O_2(г) → 2NО_2(г) ; Δ H^о₂₉₈>0 ;

52. На основании расчета ΔG°₂₉₈ реакций сделайте вывод,
какие из перечисленных ниже оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: CаО; FеO; СuО, PbO; Fe₂O₃ ; Cr₂O₃?

53. Можно ли получить пероксид водорода H₂О₂ по реакции:

2H₂O_(ж) + O_{2 (г)} → 2N₂O_2(ж).

54. Возможно ли горение кальция в атмоофере оксида углерода по реакции

Са _(кр) + CО_(г)→ CаO_(кр) + C_(кр).

55. Чему равно изменение энтропии Δ S^о при плавлении одного моля льда при 273,15 K, если изменение энтальпии при плавлении льда Δ H^о_пл= 6016,8 Дж/моль.

56. Константа диссоциации уксусной кислоты при 298 К равна

1,75∙10^-5. Чему равно изменение энергии Гиббса диссо­циации уксусной кислоты?

57. Найти значение энергии Гиббса (ΔG^o₂₉₈) и константы равновесия K₂₉₈ для реакции BaSО_4(кр) → Ba²⁺_(р) + SО^2-_4(p).

Для расчета использовать следующие данные:

Вещество    S^о₂₉₈ Дж/моль∙К  ΔH^o₂₉₈кДж/моль

BaSO_4(кр)                132,4                     -1447,39

Ba²⁺_(р)                       9,64                      -533,83

SO^2-_{4 (р)}                                 18,44                     -904,2.

 

58. Найти константу равновесия при 473 К для реакции гидратации этилена

С₂Н_4(г) + H₂O_(г)→С₂Н₅ОН_(г).
Свойства реагентов взять в табл. 3. Зависимостью ΔS и ΔH от температуры пренебречь.

59. Считая, что Δ H^o ₂₉₈  и Δ S ^о ₂₉₈ реакции 4HCl+O₂ ⇄ 2Н₂О + 2Сl₂  не зависят от температуры, найти температуру, при которой К_р =1, а ΔG^o= О.

60. Пользуясь табличными данными, вычислить константы равновесия следующих реакций при 298 К и при 1000 К:

а) Н₂О_(г) + СО ⇄ СО₂ + Н₂

б) СО₂ + С_(гр) ⇄ 2СО;

c) N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃.
Изменениями ΔH^o и S^оот температуры пренебречь.

61. Для некоторой самопроизвольно протекающей реакции Δ S^о < О. Как будет изменяться константа равновесия с повышением температуры: а) увеличиваться, б) уменьшаться, в) по данным задачи нельзя определить.

62. Не пользуясь вычислениями, установить знак ΔS^o сле­дующих процессов:

а) 2NH_3(г)  ⇄ N_2(г) + H_2(г) ;

б) CO_2(кр) ⇄ CO_2(г);

в) 2NO_(г) + O_2(г) ⇄  2NO_2(г);

г) 2Н₂S_(г) + 3O₂ → 2H₂O_(ж) + 2SO_2(г);

д) 2СН₃ОН_(г) + 3О_2(г) →  4H₂O_(г)  + 2СО_2(г).

63. В каком из следующих случаев реакция возможна при любых температурах: а) ΔН°< 0, ΔS°> 0; б) Δ Н°<0, ΔS°<0; в) Δ Н°>0, ΔS°> 0 ?

64. В каком из следующих случаев реакция неосуществима при любых температурах: а) ΔН°> 0, ΔS°> 0; б) Δ Н°>0, ΔS°<0; в) Δ Н°<0, ΔS°<0 ?

65. Если ΔΗ°<0 и ΔS°<0 , в каком из случаев реакция может протекать самопроизвольно:
а)| ΔН°| > |TΔS°|; б)| ΔН°| > |TΔS°| ?

66. Какими воздействиями на систему можно сместить равновесие систем:

а) N_2(г) + 3Н_2(г) ⇄ 2NH_3(г) ;

б) 4Fe_(кр) + 3О_2(г) ⇄ 2Fe₂O_3(кр);

в) SO_2(г) + О_2(г) ⇄ 2SO_3(г).

67. В каком направлении произойдет смещение равновесия при повышении температуры в системах:

1) СОCl₂ ⇄ CO +Cl₂; ΔН°=113 кДж;

2) 2СО ⇄ СО₂ + С; ΔН°=-171 кДж;

3) 2SO₃ ⇄ 2SO₂ + O₂; ΔН°=192 кДж.

68. В каком направлении сместится равновесие при повыше­нии давления в системах:

1) Н_2(г) + S_(кр) ⇄ Н₂S_(г) ;

2) 2CO_(г) ⇄ СО_2(г) + С_(гр);

3) 4HCl_(г) +О_2(г) ⇄ 2Н₂О_(г) + 2Cl_2(г).

69. Как повлияет на равновесие следующих реакций:

СаСО_3(кр) ⇄ СаО_(кр) + СО_2(г); ΔН°=178 кДж;

2СО_(г) + О_2(г) ⇄ 2СО₂ ; ΔН°=-566 кДж;

N_2(г) + О_2(г) ⇄ 2NO_(г) ; ΔН°=180 кДж.

а) повышение температуры,

б) повышение давления?

70. Используя справочные данные, найти приближенное зна­чение температуры, при которой константа равновесия реакции образования водяного газа

С_(гр) + Н₂О_(г) ⇄ СО_(г) + Н_2(г)
равна 1. Зависимостью ΔH^o и S^оот температуры пренебречь.

71. Константа равновесия К_р реакции СО+Сl₂ ⇄ СОCl₂ при 600^о С равна 1,67∙10^-6. Вычислять К_с реакции при данной температуре.

72. Упругость диссоциации карбоната магния при 1000 К равна 42189 Па, а при 1020 К - 80313 Па. Определить тепловой эффект реакции MgCО₃ ⇄ МgО+СO₂ и температуру, при ко­торой упругость диссоциации карбоната магния станет равной 1 Па.

73. Для реакции S0₂+1/2О₂⇄SO₃ константа равновесия К_р при 900 К равна 2,058·10^-2. Вычислить К_с для данной реакции при указанной температуре.

74. Определить константу равновесия K_T2 при T₂=1069 K для реакции 2СО ⇄ С + О₂ , если при T₁ = 1000 K K_T1=8,1*10^-8, а ΔH=-109,5 кДж/моль.

75. Для реакции CO_(г) + H₂O_(г) ⇄ СО_2(г) + Н_2(г)  определить К_р при 398 К, если при 298 К константа равновесия этой реакции равна 1∙10⁵. Для температуры 298 К рассчитайте изменение энергии Гиббса ΔG°.

 

---

Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 86; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!