 |
Методические указания к выполнению задания
|
|
|
|
ДЗ – 2(1)
"ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ И КИНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ"
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ И КИНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1. Укажите тип предложенной реакции (табл.1) и определите величину ее теплового эффекта (ΔН°), используя следствие из закона Гесса и данные таблицы 2.
Экзо- или эндотермическим является данный процесс?
2. Запишите выражение для вычисления величины ΔН° через энталъпии связей и произведите вычисления по данным табл. 3.
3. В каком направлении будет протекать данная реакция в стандартных условиях? Дайте ответ на основании расчета изменения энергии Гиббса (ΔG0298).
4.Проанализируйте зависимость ΔGт° от температуры. Рассчитайте и графически определите температуру, при которой данная реакция изменит направление на противоположное. Зная знаки термодинамических функций (ΔН0, ΔS0, ΔG0) дайте качественную оценку направленности процесса (табл.4)
5. Рассчитайте величину константы химического равновесия K, используя формулу ΔGт0= -RT•lnK =-2,3 RT•lgK
Насколько полно осуществляется данная реакция в стандартных условиях? Какие факторы будут способствовать образованию большего количества продуктов реакции? Объясните действие давления, температуры, изменения объема системы, изменения концентраций веществ на смещение равновесия в данной химической системе.
6.* Как изменится величина К при увеличении температуры на 100°С? Подтвердите справедливость принципа Ле-Шателье при определении смещения равновесия с изменением температуры
7. Представьте формулу для Кс через концентрации веществ и для Кр через парциальные давления.
Рассчитайте состав равновесной смеси в стандартных условиях, если исходные вещества взяты в эквимолекулярных соотношениях, а концентрация вещества, взятого в меньшем количестве, составляет I моль/л.
|
|
|
8.** Как изменится давление в этой системе при установлении равновесия?
9. Изобразите энергетический профиль данной реакции. В каком направлении (прямом или обратном) реакция протекает с большей скоростью?
10. Какое из направлений реакции характеризуется большим температурным коэффициентом?
Варианты заданий по теме "Термодинамический и кинетический анализ химических систем"
Таблица 1.
| Номер варианта | Реакция |
| N2(г)+O2(г)=2NO(г) | |
| 2CO(г)+2H2(г)=CH4(г)+CO2(г) | |
| CO2(г)+ C(k)=2CO(г) | |
| 2SO2(г)+ O2(г)=2SO3(г) | |
| 2H2(г)+O2(г)=2H2O(г) | |
| 2HCl(г)=H2(г)+Cl2(г) | |
| N2(г)+3H2(г)=2NH3(г) | |
| CaCO3(k)=CaO(k)+CO2(г) | |
| CH4(г)+ 2O2(г)=CO2(г)+H2O(г) | |
| C(k)+ 2H2(г)= CH4(г) | |
| 2CH4(г)=C2H2(г)+3H2 (г) | |
| 2CH4(г)=C2H4(г)+2H2(г) | |
| 2CO(г)+O2(г)=2CO2(г) | |
| COCl2(г)=CO(г) +Cl2(г) | |
| S(k)+O2(г)=SO2(г) | |
| CaCO3(k)+HCl(p)=CaCl2(p)+CO2(г) +H2O(р) | |
| 3Fe2O3(k)+ H2(г)=2Fe3O2(k)+ H2O(г) | |
| Fe3O4(k)+ H2(г)=3FeO (k)+H2O(г) | |
| Fe2O3(k)+3H2(г)=2FeO(k)+H2O(г) | |
| Fe2O3(k)+3H2(г)=2Fe(k)+3H2O(г) | |
| CO(г)+H2O(г)=CO2(г) + H2(г) | |
| 2NO(г) +O2(г)= 2NO2(г) | |
| 2N2O4(г)+ O2(г)= 2N2O5(г) | |
| 2HI(г) =H2(г)+ I2(г) | |
| 2N2(г)+ O2(г)= 2N2O(г) | |
| SO2(г)+ CO2(г)= SO3(г)+ CO(г) S(т)+3/2O2(г)= SO3(г) | |
| CoO(k) + CO(г)=Co(k)+CO2(г) | |
| BaO(k) + CO2(г)= BaCO3(k) | |
| 4N2(г)+5O2(г)=4NO(г) +6H2O(г) | |
| N2O4(г) = 2NO2(г) | |
| H2S(г)=H2(г)+S(г) | |
| CS2(ж) +3O2(г)=CO2(г)+2SO2(г) | |
| As2O3(k)+O2(г)= As2O5(k) | |
| 2ZnS(k) + 3O2(г)= 2ZnO(k)+2SO2(г) | |
| ZnSO4(k)=ZnO(k)+ O3(г) | |
| CaO(k)+3C(граф)=CaC2(k) + CO(г) | |
| CH4(г)+Cl2(г)=CH3Cl(г)+HCl(г) | |
| C2H2(г)+H2(г)= C2H4(г) | |
| 2NH3(г)= N2H4(г)+ H2(г) | |
| 2H2S(г)+3O2(г)=2SO2(г)+2H2O(ж) | |
| MgO(k)+ H2(г)= Mg(k) + H2O(ж) | |
| H2S(г)+Cl2(г)=2HCl(г)+S(k) | |
| H2S(г)+I2(г)=2HI(г)+S(k) | |
| H2(г)+F2(г)=2HF(г) | |
| 2NO(г)+O3(г) + H2O(ж)=2HNO3 | |
| N2(г)+2H2O(ж)=NH4NO2(k) | |
| 2H2S(г)+O2(г)= 2H2O(г)+2S(k) | |
| NO(г)+NO2(г)=N2O3(г) | |
| 2Cl2(г)+O2(г)= 2Cl2O(г) | |
| PCl5(г) = PCl3(г)+Cl2(г) | |
| 4HCl(г)+O2(г)=2H2O(г)+2Cl2(г) | |
| Al2O3(k)+3CO3(г)= Al2(SO4) 3(k) |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
по теме:"Термодинамический и кинетический
|
|
|
анализ химических систем»
Рассмотрим пример выполнения задания для химической системы
2Н2(г)+02(г) 
2Н20(г).
I. Реакция обратимая, гомогенная, идет в газовой фазе.
Определим величину ΔН°298 (исходные данные берем из табл.2)
ΔН°298 = 2ΔН°298обр.H2O – (2ΔН°298обр.H2+2ΔН°298обр.O2)= 2ΔН°обр.H2O=
=2(-241,84) = -483,68 (кДж) (на 2 моля H2O)
ΔН°298 обр.Н2О= 0,5(-483,8) = -241,89 кДж/моль.<0
Следовательно, реакция экзотермическая.
2. Величина ΔН°298 обр.Н2О через энтальпии связей (данные берем из табл. 3):
ΔН°=4ΔНO-H-2ΔНH-H-ΔН°O-O=4(-463,0)-2(-435)-(-494)=-488 кДж
ΔН°298обр.Н2О = 0,5 (-488) =-244 кДж/моль
Небольшое расхождение объясняется расхождением табличных данных.
3. Для определения направления реакции при 298 К рассчитаем величину ΔG°298 (табл.2):
ΔG°298 = 2ΔG°298обр.H2O-2ΔG°298обр.H2-ΔG°298обр.O2= 2(-228,8)=-457,6 кДж.
Отрицательная величина ΔG°298 свидетельствует о том, что в стандартных условиях реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.
4. Проанализируем зависимость ΔG°т от температуры, взяв произвольно несколько её значений (например, 500К, 1000К 1500К) Изменениями ΔН° и ΔS° с температурой можно пренебречь вследствие их небольшой величины. Изменение энтропии: ΔS°298= 2S°298H2O-2S°298H2-S° 298O2= 2* 188,74 - 2·130.6 –
205=-98,6(Дж/ ·К) = -0,0986(кДж/ К)
ΔG°500=ΔН°298-500·ΔS0298=-483,68-500(-0,0986)=-434,38кДж
ΔG°1000=ΔН°298-1000ΔS0298=-483,68-1000(-0,0986)=~385,08кДж
ΔG°1500 = ΔН°298-1500ΔS0298=-483,68 - I500(-0,0986)=-335,78 кДж
Построим график ΔG°Т =f(Т):
ΔG°Т
Рассчитаем температуру, при которой устанавливается химическое равновесие: ΔG°т =0(условие химического равновесия)
ΔН°298 - Т· ΔS°298=0; Травн.= 
Выпишем знаки термодинамических функций: ΔН < О, ΔS <0 и по таблице 4 определим знак ΔG: при высоких температурах изменение энергии Гиббса может быть положительной величиной, а при достаточно низких температурах - отрицательной. Следовательно, самопроизвольное протекание прямого процесса возможно при достаточно низких температурах; при высоких температурах протекает обратная реакция. Реакция термодинамически обратима.
5. Рассчитаем константу равновесия.
Отсюда Кp = 1080,34 при (298 К)
Такое большое значение константы равновесия свидетельствует о том, что в стандартных условиях идет практически только прямая реакция.
|
|
|
Таблица 2.
|
|
|
