Примеры решения задач

Пример 2. 1. Из таблицы термодинамических констант выпишите DH⁰_298обр. следующих веществ: а) CO_2(г) и б) CaCO_3(к). Напишите термохимические уравнения, соответствующие данным величинам.

Решение. Энтальпия образования DH⁰_обр – это тепловой эффект реакции образования 1 моля сложного вещества из простых веществ, взятых в наиболее устойчивых состояниях при T=298 K и p =101325 Па.

Табличные значения:

 DH⁰_обрCO2(г) = -393, 77 кДж/моль,

DH⁰_обрCaCO_3(к) = -1207, 72 кДж/моль.

При написании термохимического уравнения следует учитывать:

1) DH⁰_обр относится к одному молю образующегося вещества (продукта реакции), поэтому в уравнении реакции допустимы дробные коэффициенты;

2) вещество (продукт реакции) образуется из простых веществ, взятых в их наиболее устойчивом состоянии при стандартных условиях.

Таким образом, термохимические уравнения соответственно для:

а) C(графит) + O₂(г) = CO₂(г), DH⁰_обр = -393, 77 кДж,

б) Ca(к) + C(графит) + 1, 5O₂(г) = CaCO₃(к), DH⁰_обр = - 1207, 72 кДж.

Пример 2. 2. Пользуясь DH⁰_обр реагентов, рассчитать DH⁰_{х. р.} и определить, к какому типу она относится (экзо- или эндотермическая реакция):     

3CO(г) + Fe₂O₃(к) = 3 CO₂(г) + 2Fe(к).

Сколько тепла выделится, если в результате реакции образуется: а) 1 кг железа; б) 224 л СО₂?

Решение. Из таблицы термодинамических констант находим соответствующие значения DH⁰_обр реагентов (кДж/моль):

Реагент	CO(г)	Fe2O3(к)	CO2(г)	Fe(к)
DH0обр, кДж/моль	-110, 60	-822, 70	-393, 77

 

По первому следствию из закона Гесса рассчитываем DH⁰_{х. р.} :

DH⁰_{х. р.} =[3DH⁰_обр(CO₂)+2DH⁰_обр(Fe)] – [3DH⁰_обр(CO) + DH⁰_обр(Fe₂O₃)] =

=[3(-393, 77) + 2∙ 0] – [3(-110, 0) + (-822, 70)] = - 26, 81 кДж.

Δ H⁰_{х. р.} < 0, следовательно, энергия в виде тепла выделяется в окружающую среду: реакция экзотермическая.

Тепловой эффект реакции относится к строго определенному количеству вещества. Так, в данном случае при выделении 26, 81 кДж тепла в реакции, согласно коэффициентам в уравнении, участвуют следующие количества реагентов:

 

Реагент	CO(г)	Fe2O3(к)	CO2(г)	Fe(к)
Количество вещества, моль
Масса, г m=n∙ М	3∙ 28=84	1∙ 160=160	3∙ 44=44	2∙ 56=112
Объем, л V=n∙ Vм	3∙ 22, 4л=67, 2	-	3∙ 22, 4л=67, 2	-

 

Для ответа на поставленные в задаче вопросы составляем пропорции:

а) при образовании 112г Fe        выделяется 26, 81 кДж тепла

при образовании 1кг=1000г   выделятся   X кДж:                                

кДж;

б) при образовании 67, 2 л СО₂ выделяется 26, 81 кДж тепла

при образовании 224 л СО₂   выделяется Х кДж:

кДж.

Пример 2. 3. На основании табличных значений DG⁰_обр определить при стандартных условиях возможность самопроизвольного протекания реакций:

а) CH₄(г) + 2O₂(г) = CO₂(г) + 2H₂O(ж),

б) 2CH₄(г) = C₂Н₄(г) + 2H₂(г).

Решение. Критерием самопроизвольного протекания реакции является изменение энергии Гиббса реакции. В стандартных условиях:  

DG⁰ _{х. р.} = (å iDG⁰_обр. )_пр-тов - ( å jDG⁰_обр. )_{исх. в-в}

 

Для реакции (а) из таблицы термодинамических констант находим соответствующие значения DG⁰_обр реагентов (кДж/моль):

 

Реагент	CH4(г)	O2(г)	CO2(г)	H2O(ж)
DG0обр, кДж/моль	-50, 85		-394, 6	-237, 4

 

Затем с учетом коэффициентов в уравнении рассчитываем изменение энергии Гиббса:

DG⁰_{х.. р} =[DG⁰_обр. (СO₂)+2DG⁰_обр(H₂O)] - [DG⁰_обр. (CH₄)+2DG⁰_обр. (O₂) =

=[(-394, 6)+ 2(-237, 4)] ˗ [(-50, 85) + 2(0)] = -818, 55 кДж.

Поскольку DG⁰_{х. р.} < 0, то данная реакция в стандартных условиях может протекать самопроизвольно в прямом направлении.

Аналогично рассчитываем DG⁰ _{х. р.} для реакции (б):

 

Реагент	CH4(г)	C2Н4(г)	H2(г)
DG0обр, кДж/моль	-74, 86	52, 28

 

DG⁰ _{х.. р} =[DG⁰_обр. (C₂Н₄)+2DG⁰_обр(H₂)] - 2DG⁰_обр. (CH₄) = [52, 28 + 2(0)] -      -2(-74, 86) = 202 кДж.

Поскольку DG⁰_{х. р}. > 0, то данная реакция в стандартных условиях может протекать самопроизвольно в обратном направлении.

Пример 2. 4.   Не производя расчетов, определите и обоснуйте, увеличивается или уменьшается энтропия в ходе реакций:

а) CH_4(г) + 2O_2(г) = CO_2(г) + 2H₂O_(ж) ;

б)  3CO_(г) + Fe₂O_3(к) = 3 CO_2(г) + 2Fe_(к).

Решение . При оценке изменения энтропии в ходе реакции, в первую очередь, учитываем изменение объема системы, который определяется количеством газообразных веществ ∆ ν _газа (объем жидких и твердых веществ не учитывают, как незначительный). В реакции (а) исходные вещества составляют 3 моля газов (1 моль CH₄ и 2 моль O₂), а продукты –    1 моль газа CO₂  (объемом 2 молей жидкой воды H₂O пренебрегаем).

Таким образом, в химической реакции ∆ ν _газа=1 ˗ 3 = -2 моль

(Dν _газа< 0), следовательно, DS⁰_{х. р.} < 0, т. е. в ходе реакции идет уменьшение энтропии системы.  

 В реакции (б) в исходных веществах 3 моль газообразного CO, а в продуктах 3 моль газообразного CO₂, т. е. количество молей газа не меняется ( ∆ ν _газа=3 ˗ 3 = 0). Таким образом, в первом приближении можно считать, что в данной химической реакции энтропия не изменяется (DS⁰_{х. р.} ≈ 0

.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: