Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Энергетика химических процессов

(термохимические расчеты)

При решении задач этого раздела см. таблицу 5.

Науку о взаимных превращениях различных видов энергии называют термодинамикой. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, а также направление самопроизвольного течения различных процессов в данных условиях.

При химических реакциях происходят глубокие качественные изменения в системе, рвутся связи в исходных веществах и возникают новые связи в конечных продуктах. Эти изменения сопровождаются поглощением или выделением энергии. В большинстве случаев этой энергией является теплота. Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называют термохимией.

Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты, называют экзотермическими, а те, которые сопровождаются поглощением теплоты, - эндотермическими. Теплоты реакций являются, таким образом, мерой изменения свойств системы, и знание их может иметь большое значение при определении условий протекания тех или иных реакций.

При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии как проявление более общего закона природы - закона сохранения материи. Теплота Q, поглощенная системой, идет на изменение внутренней энергии DU и на совершение работы A:

Q = DU + A

Внутренняя энергия системы U - это общий ее запас, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов, внутриядерную энергию и т.д.

Внутренняя энергия - полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространстве, и без кинетической энергии системы как целого.

Абсолютное значение внутренней энергии U веществ неизвестно, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии.

Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, являетсяфункцией состояния, т.е. ее изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс DU = U2 – U1, где DU -изменение внутренней энергии системы при переходе от начального состояния U1 в конечное U2. Если U2 > U1, то DU > 0.

Теплота и работа функциями состояния не являются, ибо они служат формами передачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы. При химических реакциях A - это работа против внешнего давления, т.е. в первом приближении A = pDV, где DV - изменение объема системы (V2 – V1). Так как большинство химических реакций проходит при постоянном давлении, то для изобарно-изотермического процесса теплота:

QP = DU + pDV,

QP = (U2-U1) + p (V2-V1),

QP = (U2 + pV2) - (U1 + pV1).

Сумму U + pV обозначим через H, тогда:

QP = H2 – H1 = DH

Величину Н называют энтальпией. Таким образом, теплота при р = const и T = const приобретает свойство функции состояния и не зависит от пути, по которому протекает процесс. Отсюда теплота реакции в изобарно-изотермическом процессе QP равна изменению энтальпии системы DH (если единственным видом работы является работа расширения):

QP = DH

Энтальпия, как и внутренняя энергия, является функцией состояния; ее изменение (DH) определяется только начальными и конечными состояниями системы и не зависит от пути перехода. Нетрудно видеть, что теплота реакции в изохорно-изотермическом процессе (V = const; T = const), при котором DV = 0, равна изменению внутренней энергии системы:

QV = DU

Теплоты химических процессов, протекающих при p, T = const и V, T = const, называюттепловыми эффектами.

При экзотермических реакциях энтальпия системы уменьшается и DH<0 (H2<H1), а при эндотермических энтальпия системы увеличивается и DH>0 (H2>H1). В дальнейшем тепловые эффекты всюду выражаются через DH.

Термохимические расчеты основаны на законе Гесса (1840): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.

Часто в термохимических расчетах применяют следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции (DH х.р..) равен сумме теплот образования DHобр продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции:

 

DH х.р. = SDH 0прод - SDH 0исх (1)

Пример 1. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (V) с парами воды образуется жидкий РОС13 и хлористый водород. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции.

Решение. Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также численное значение тепловых эффектов, называют термохимическими.

В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении QP, равные изменению энтальпии системы DH. Значение DH приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой с запятой.

Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния веществ: г - газообразное, ж - жидкое, к - кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно.

Если в результате реакции выделяется теплота, то DH<0. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

РСl5(к) + Н2O(г) = РОС13 (ж)+2 НС1(г); DH х.р. = -111,4 кДж.

Таблица 5 Стандартные теплоты (энтальпии) образования DH0298

некоторых веществ

Вещество Состояние DH0298, кДж/моль Вещество Состояние DH0298, кДж/моль
С2Н2 г +226,75 СН3ОН г -201,17
СS2 г +115,28 С2Н5ОН г -235,31
NO г +90,37 Н2O г -241,83
С6Н6 г +82,93 Н2O ж -285,84
С2Н4 г +52,28 NH4Cl к -315,39
Н2S г -20,15 СО2 г -393,51
3 г -46,19 Fe2О3 к -821,32
СН4 г -74,85 Са(ОН)2 к -986,50
С2Н6 г -84,67 Аl2O3 к -1669,80
НСl г -92,31 Fe3O4 к -1117,71
СО г -110,52 TiO2 к -912,1

 

Пример 2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением:

C2H6(г) + 31/2 O2 = 2 CO2(г) + 3 H2O(ж); DH х.р. = -1559,87 кДж.

Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО2(г) и Н2О(ж) (таблица 5).

Решение. Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования 1 моль этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т.е. 250С (298 К) и 1,013×105 Па, и обозначают через DH0298. Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то здесь и в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через DH. Следовательно, нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид:

2С (графит)+3 Н2 (г) = С2Н6 (г); DH = ?

исходя из следующих данных:

а) С2Н6 (г) + 31/2 О2 (г) = 2 СО2 (г) + 3 Н2О(ж); DH = -1559,87 кДж;

б) С (графит) + О2 (г) = СО2 (г); DH = - 393,51 кДж;

в) Н2 (г)+1/2 О2 = Н2О (ж); DH = - 285,84 кДж.

На основании закона Гесса с термохимическими уравнениямиможно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (в) - на 3, а затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения (а):

С2Н6 + 31/2 О2 – 2 С – 2 О2 – 3 Н23/2 О2 = 2 СО2 + 3 Н2О – 2 СО2 – 3 Н2О

DH = -1559,87 - 2 (-393,51) – 3 (-285,84) = +84,67 кДж

DH = -1559,87 + 787,02 + 857,52; С2Н6 = 2 С + 3 Н2;

DH = +84,67 кДж.

Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то DH0С2Н6 (г) = -84,67 кДж. К тому же результату придем, если для решения задачи применить вывод из закона Гесса:

DHх.р. = 2 DHсо2 + 3 DHн2о - DHс2н6 - 31/2 DHо2

Учитываем, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю:

DHс2н6 = 2 DHсо2 + 3 DHн2о - DHх.р.

DHс2н6 = 2 (-393,51) +3 (-285,84) +1559,87 = -84,67;

DH0с2н6 = -84,67 кДж.

Пример 3. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением:

С2Н5ОН (ж) + 3О2 (г) = 2СО2 (г) + 3Н2О (ж); DH = ?

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная (молярная) теплотапарообразования) С2Н5ОН (ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: С2Н5ОН (г), СО2 (г), Н2О (ж) (см. таблицу 5).

Решение. Для определения DН-реакции необходимо знать теплоту образования С2Н5ОН (ж). Последнюю находим из данных:

С2Н5ОН (ж) = С2Н5ОН (г); DH = +42,36 кДж.

+42,36 = -235,31 - DHс2н5он (ж)

DHс2н5он (ж) = -235,31 - 42,36 = -277,67 кДж.

Вычисляем DH реакции, применяя следствия из закона Гесса:

DHх.р. = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 277,67 = -1366,87 кДж.

3.1 Контрольные вопросы

41. Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении Fe2O3 металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа.

Ответ: 2543,1 кДж.

42. Газообразный этиловый спирт С2Н5ОН можно получить при взаимодействии этилена С2Н4 (г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: -45,76 кДж.

43. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:

FeО (к) + СО (г) = Fe (к) + СO2 (г); DH = -13,18 кДж.

СО (г) + 1/2 O2 (г) = СO2 (г); DH = -283,0 кДж.

Н2 (г) + 1/2 O2 (г) = Н2O (г); DH = -241,83 кДж.

Ответ: +27,99 кДж.

44. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод СS2 (г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: +65,43 кДж.

45. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО (г) и водородом, в результате которой образуются СН4 (г) и Н2O (г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 618,48 кДж.

46. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования NO? Вычислите теплоту образования NО исходя из следующих термохимических уравнений:

4 NН3 (г) + 5 O2 (г) = 4 NO (г) + 6 Н2O (ж); DH = -1168,80 кДж.

4 NH3 (г) + 3 O2 (г) = 2 N2 (г) + 6 Н2O (ж); DH = -1530,28 кДж.

Ответ: 90,37 кДж.

47. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия? Ответ: 78,97 кДж.

48. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплотуобразования метана исходя из следующих термохимическихуравнений:

Н2 (г) + 1/2 O2 (г) = Н2O (ж); DH = -285,84 кДж,

С (к) + O2 (г) = СO2 (г); DH = -393,51 кДж.

СН4 (г) + 2 O2 (г) = 2 Н2O (ж) + СО2 (г); DH = -890,31 кДж.

Ответ: -74,88 кДж.

49. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислите теплоту образования гидроксида кальция исходя из следующих термохимических уравнений:

Са (к) + 1/2O2 (г) = СаО (к); DH = -635,60 кДж.

Н2 (г) + 1/2O2 (г) = Н2O (ж); DH = -285,84 кДж.

СаО (к) + Н2O (ж) = Са(ОН)2 (к); DH = -65,06 кДж.

Ответ: -986,50 кДж.

50. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С6Н6 (ж).

Ответ: +49,03 кДж.

51. Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена С2Н2, еслипродуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды?Ответ: 924,88 кДж.

52. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия? Ответ: 452,37 кДж.

53. Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением:

СН3ОН (ж) + 3/2 O2 (г) = СO2 (г) + 2Н2О (ж); DH = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН3ОН (ж) равна +37,4 кДж. Ответ: -726,62 кДж.

54. При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н5ОН (ж). Ответ: -277,67 кДж/моль.

55. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением

С6Н6 (ж) + 71/2 O2 (г) = 6 СO2 (г) + 3 Н2О (г); DH = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж. Ответ: -3135,58 кДж.

56. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моль этана С2H6 (г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м3 этана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 63742,86 кДж.

57. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:

4 NН3 (г) + 3 O2 (г) = 2 N2 (г) + 6 Н2О (ж); DH = -1530,28 кДж.

Вычислите теплоту образования NH3 (г). Ответ: -46,19 кДж/моль.

58. При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS.

Ответ: -100,26 кДж/моль.

59. При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования C2H2.

Ответ: 226,75 кДж/моль.

60. При получении эквивалентной массы гидроксида кальция из СаО (к) и Н2О (ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция.

Ответ: -635,6 кДж.

 

Химическое сродство

При решении задач этого раздела см. таблицы 5-7.

Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.

Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре проходит с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации), к уменьшению Н; с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением, а вторая - с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.

Энтропия S, так же, как внутренняя энергия U, энтальпия Н, объем V и др., является свойством вещества, пропорциональным его количеству. S, U, H, V обладают аддитивными свойствами, т.е. при соприкосновении системы суммируются. Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, ослаблении при разрыве связей между атомами и т.п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы: конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т.п. - ведут к уменьшению энтропии. Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (DS) зависит только от начального (S1) и конечного (S2) состояния и не зависит от пути процесса:

DS х.р. = SDS 0прод - SDS 0исх (2)

DS = S2 – S1. Если S2>S1, то DS>0. Если S2<S1, то DS<0.

Так как энтропия растет сповышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка »ТDS. Энтропия выражается в Дж/(моль К). Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух сил: стремления к упорядочению (Н) и стремления к беспорядку (ТS). При р = const и T = const общую движущую силу процесса, которую обозначают DG, можно найти из соотношения:

DG = (H2-H1) – Т(S2-S1); DG = DH - TDS

Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом, или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль энергии Гиббса (DG), которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому:

DGх.р. = SDG 0прод - SDG 0исх (3)

Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения потенциала и, в частности, в сторону уменьшения DG. Если DG<0, процесс принципиально осуществим; если DG>0, процесс самопроизвольно проходить не может. Чем меньше DG, тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния равновесия, при котором DG = 0 и DH = TDS.

Из соотношения DG = DH - TDS видно, что самопроизвольно могут протекать и процессы, для которых DH>0 (эндотермические). Это возможно, когда DS>0, но |TDS| > |DH|, и тогда DG<0. С другой стороны, экзотермические реакции (DH<0) самопроизвольно не протекают, если при DS<0 окажется, что DG>0.

 

Таблица 6 Стандартная энергия Гиббса образования DG0298

некоторых веществ

Вещество Состояние DG0298, кДж/моль Вещество Состояние DG0298, кДж/моль
ВаСО3 к -1138,8 ZnO к -318,2
СаСО3 к -1128,75 FeО к -244,3
Fe3O4 к -1014,2 Н2О ж -237,19
ВеСО3 к -944,75 H2O г -228,59
СаО к -604,2 РbO2 к -219,0
ВеО к -581,61 СО г -137,27
ВаО к -528,4 СН4 г -50,79
СО2 г -394,38 2 г -51,81
NaCl к -384,03 г +86,69
NaF к -541,0 С2Н2 г +209,20

 

Пример 1. В каком состоянии энтропия 1 моль вещества больше: в кристаллическом или в парообразном при той же температуре?

Решение. Энтропия есть мера неупорядоченности состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) расположены упорядоченно и могут находиться лишь в определенных точках пространства, а для газа таких ограничений нет. Объем 1 моль газа гораздо больше, чем объем 1 моль кристаллического вещества; возможность хаотичного движения молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия 1 моль паров вещества больше энтропии 1 моль его кристаллов при одинаковой температуре.

Пример 2. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе:

СН4 (г) + СО2 (г) « 2 СО (г) + 2 Н2 (г)

Решение. Для ответа на вопрос следует вычислить DG0298 прямой реакции. Значения DG0298 соответствующих веществ приведены в таблице 6. Зная, что DG есть функция состояния и что DG для простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим DG0298 процесса:

DG0298 = 2 (-137,27) + 2 (0) - (-50,79 - 394,38) = +170,63 кДж.

То что DG0298>0, указывает на невозможность самопроизвольного протекания прямой реакции при Т = 298 К и равенстве давлений взятых газов 1,013×105 Па (760 мм рт. ст. = 1 атм).

Пример 3. На основании стандартных теплот образования (таблица 5) и абсолютных стандартных энтропий веществ (таблица 7) вычислите DG0298 реакции, протекающей по уравнению:

СО (г) + Н2О (ж) = СО2 (г) + Н2 (г)

Решение. DG0 = DН0 -ТDS0; DН и DS - функции состояния, поэтому:

0хр = SDН0прод - SDН0исх; DS0хр = SDS0прод - SDS0исх

0хр = (-393,51 + 0) - (-110,52 - 285,84) = +2,85 кДж;

DS0хр = (213,65 + 130,59) - (197,91 + 69,94) = +76,39 = 0,07639 кДж/(моль×К)

DG0 = +2,85 - 2980,07639 = -19,91 кДж.

Пример 4. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению:

Fe2O3 (к) + 3 Н2 (г) = 2 Fе (к) + 3 Н2O (г); DНхр = +96,61 кДж.

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии DS = 0,1387 кДж/(моль×К)? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3?

Решение. Вычисляем DG0 реакции:

DG0 = DН0 -ТDS0 = 96,61 - 298×0,1387 = +55,28 кДж,

Так как DG>0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой DG = 0:

 
 

 


Следовательно, при температуре »696,5 К начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Пример 5. Вычислите DH0, DS0 и DG0т реакции, протекающей по уравнению Fe2O3 (к) + 3 С = 2 Fe + 3 СО (г). Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 углеродом при температуре: 500 или 1000 К?

Решение.

DH0хр = [3 (-110,52) + 2×0] – [-882,10 + 3×0] = -331,56 - 882,10 = +490,54 кДж;

DS0хр = (2/27,2 + 3×197,91) - (89,96 + 3×5,69) = 541,1 Дж/К = 0,5411 кДж/К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения DG0T = DН0 -ТDS0:

DG0500 = 490,54 - 500×0,5411 = +219,99 кДж

DG01000 = 490,54 - 1000×0,5411 = -50,569 кДж

Так как DG500>0, а DG1000<0, то восстановление Fe2O3 углеродом возможно при 1000 К и невозможно при 500 К.

 

 

Таблица 7 Стандартные абсолютные энтропии S0298 некоторых веществ

Вещество Состояние S0298 , Дж/(моль×К) Вещество Состояние S0298 , Дж/(моль×К)
С Алмаз 2,44 Н2О г 188,72
С Графит 5,69 N2 г 191,49
Fe к 27,2 NH3 г 192,50
Ti к 30,7 СО г 197,91
S Ромб. 31,9 C2H2 г 200,82
TiO2 к 50,3 O2 г 205,03
FeO к 54,0 H2S г 205,64
H2O ж 69,94 NO г 210,20
Fe2O3 к 89,96 CO2 г 213,65
NH4Cl к 94,5 C2H4 г 219,45
CH3OH ж 126,8 Cl2 г 222,95
Н2 г 130,59 NO2 г 240,46
Fe3O4 к 146,4 PCl3 г 311,66
СН4 г 186,19 РСl5 г 352,71
НС1 г 186,68      

 

4.1 Контрольные вопросы

61. Вычислите DG0298 для следующих реакций:

а) 2 NaF (к) + Сl2 (г) = 2 NаС1 (к) + F2 (г);

б) РbО2 (к) + 2 Zn (к) = Рb (к) + 2 ZnO (к).

Можно ли получить фтор по реакции (a) и восстановить РbО2 цинком по реакции (б)? Ответ: +313,94 кДж: -417,4 кДж.

62. При какой температуре наступит равновесие системы:

4 НС1 (г) + O2 (г) « 2 Н2О (г)+2 С12 (г); DН = -114,42 кДж?

Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при каких температурах? Ответ: 891 К.

63. Восстановление Fe3O4 оксидом углерода идет по уравнению:

Fe3O4 (к) + СО (г) = 3 FeO (к) + CO2

Вычислите DG0298 и сделайтевывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно DS0298 в этом процессе? Ответ: +24,19 кДж; +31,34 Дж/моль×К.

64. Реакция горения ацетиленаидет по уравнению:

С2Н2 (г) + 5/2 О2 (г) = 2 СО2 (г) + Н2О (ж)

Вычислите DG0298 и DS0298. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: -1235,15 кДж; -216,15 Дж/(моль×К).

65. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите DS0298 для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

Ответ: а) 118,78 Дж/(моль×К); б) -3,25 Дж/(моль×К).

66. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция:

Н2 (г) + СО2 (г) = СО (г) + Н2О (ж); DН = -2,85 кДж?

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите DG0298 этой реакции. Ответ: +19,91 кДж.

67. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе:

2 NO (г) + O2 (г) « 2 NO2 (г)

Ответ мотивируйте, вычислив DG0298 прямой реакции. Ответ: -69,70 кДж.

68. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите DG0298 реакции, протекающей по уравнению:

3 (г) + НС1 (г) = NН4С1 (к)

Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

Ответ: -92,08 кДж.

69. При какой температуре наступит равновесие системы:

СО (г) + 2 Н2 (г) « СН3ОН (ж); DН = -128,05 кДж?

Ответ: »385,5 К.

70. При какой температуре наступит равновесие системы.

СН4 (г) + СO2 (г) = 2 СО (г) + 2Н2 (г); DН = 247,37 кДж?

Ответ: »961,9 К.

71. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите DG0298 реакции, протекающей по уравнению:

4 NН3 (г) + 5 O2 (г) = 4 NO (г) + 6 Н2O (г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -957,77 кДж.

72. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите DG0298 реакции, протекающей по уравнению:

СО2 (г) + 4 Н2 (г) = СН4 (г) + 2 Н2О (ж).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -130,89 кДж.

73. Вычислите DH0, DS0 и DG0т реакции, протекающей по уравнению:

Fe2О3 (к) + 3 Н2 (г) = 2 Fe (к) + 3 Н2O (г)

Возможна ли реакция восстановления Fe2О3 водородом при температурах 500 и 2000 К? Ответ: +96,61 кДж; 138,83 Дж/моль×К; 27,2 кДж; -181,05 кДж.

74. Какие из карбонатов: СаСО3, ВеСО3 или ВаСО3 - можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО2? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив DG0298 реакций. Ответ: +31,24 кДж; -130,17 кДж; -216,02 кДж.

75. На основании стандартныхтеплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите DG0298 реакции, протекающей по уравнению:

СО (г) + 3 Н2 (г) = СН4 (г) + Н2О (г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -142.16 кДж.

76. Вычислите DH0, DS0 и DG0т реакции, протекающей по уравнению:

ТiO2 (к) + 2 С (к) = Тi (к) + 2 СО (г)

Возможна ли реакция восстановления ТiO2 углеродом при температурах 1000 и 3000 К? Ответ: +722,86 кДж; 364,84 Дж/моль×К; +358,02 кДж; -371,66 кДж.

77. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите DG0298 реакции, протекающей по уравнению:

С2Н4 (г) + 3 О2 (г) = 2 СО2 (г) + 2 Н2О (ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -1331,21 кДж.

78. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe3O4, протекающая по уравнению:

Fe3O4 (к) + СО (г) = 3 FeO (к) + СO2 (г); DH = 34,55 кДж.

Ответ: 1102,4 К.

79. Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению:

РС15 (г) = РС13 (г) + С12 (г); DH = +92,59 кДж.

Ответ: 509 К.

80. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:

2 СН4 (г) = С2Н2 (г) + 3 Н2 (г);

N2 (г) + 3 Н2 (г) = 2 NН3 (г);

С (графит) + O2 (г) = СO2 (г).

Почему в этих реакциях DS0298 >0; <0; = 0? Ответ: 220,21 Дж/моль×К; 2198,26 Дж/моль×К; 2,93 Дж/моль×К.

 

 





©2015- 2017 megalektsii.ru Права всех материалов защищены законодательством РФ.