Примеры решения задач. выделилось 27350 Дж теплоты. Рассчитать массу затраченного кислорода и объем израсходованного оксида азота (IV) (при н.у.).

Примеры решения задач

Пример 1.

В результате реакции, термохимическое уравнение которой:

4NO₂ + O₂ = 2N₂O₅ + 109, 4 кДж

выделилось 27350 Дж теплоты. Рассчитать массу затраченного кислорода и объем израсходованного оксида азота (IV) (при н. у. ).

Решение:

Выделение или поглощение теплоты в ходе реакции происходит в строго эквивалентных количествах, поэтому:

              При участии 4 моль NO₂ выделяется 109400 кДж теплоты,

              А при участии х моль NO₂ -        27350 кДж теплоты:

Отсюда х равен: х = 4∙ 27350/109400 = 1 моль.

Объем оксида азота (IV) при н. у. может быть найден по формуле: V = n ∙ V_m.

V(NO₂) = 1 ∙ 22, 4 = 22, 4 л.

Составим пропорцию для нахождения массы кислорода:

                       1 моль О₂ – 109400 кДж теплоты;

                       х моль О₂­ – 27350 кДж теплоты.

Отсюда:                       х = 1 ∙ 27350 / 109400 = 0, 25 моль.

Масса кислорода:          m(O₂) = n ∙ M = 0, 25 ∙ 32 = 8 г.

Ответ: Масса затраченного кислорода равна 8 г, а объем оксида азота 22, 4 л.

 

Пример 2.

Рассчитать стандартную энтальпию сгорания этанола, если известно, что при сгорании 4, 6 г спирта выделяется 137 кДж теплоты.

Решение:

Тепловой эффект реакции (теплота) и энтальпия равны по значению, но притивоположны по знаку, следовательно, энтальпия сгорания 4, 6 г спирта составляет -137 кДж.

По определению, стандартная энтальпия сгорания, это энтальпия сгорания 1 моль вещества. Определим, сколько моль составляет 4, 6 г спирта:

n = m / M = 4, 6 / 46 = 0, 1 моль.

Составим пропорцию:

Энтальпия сгорания 0, 1 моль составляет -137 кДж;

А энтальпия сгорания 1 моль   -          х кДж;

Отсюда:                        х = 1 ∙ (-137) / 0, 1 = -1370 кДж.

Ответ: - 1370 кДж/моль.

 

Пример 3.

При образовании 134 г СО₂ выделилось 787 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию сгорания углерода.

Решение:

Образование углекислого газа и сгорания углерода до высшего оксида – это одна и та же реакция:

С + О₂ = СО₂,

энтальпия которой и является стандартной энтальпией сгорания С и стандартной энтальпией образованияСО₂.

Поэтому определим по имеющимся данным стандартную энтальпию образования СО₂, т. е. энтальпию образования 1 моль СО₂. Учтем, что энтальпия и тепловой эффект реакции равны по величине, но противоположны по знаку.

Рассчитаем количество вещества СО₂: n = m / M = 134 / 44 = 3 моль.

Составим пропорцию:

Энтальпия образования 3 моль СО₂ составляет -787 кДж,

а энтальпия образования 1 моль СО₂ –        х кДж;

Отсюда:                            х = 1 ∙ (-787) / 3 = -262, 3 кДж.

Ответ: Энтальпия сгорания С равна - 262, 3 кДж/моль.

 

Пример 4.

Определить тепловой эффект реакции синтеза диэтилового эфира, применяемого в медицине для наркоза, при 298К;

2С₂Н₅ОН(ж) = С₂Н₅ОС₂Н₅(ж) + Н₂О (ж),

если известны стандартные энтальпии сгорания веществ, участвующих в реакции:

Δ Н⁰_с (С₂Н₅ОС₂Н₅(ж)) = -2727 кДж/моль;

Δ Н⁰_с (С₂Н₅ОН(ж)) = -1371 кДж/моль;

Δ Н⁰_с (Н₂О(ж)) = 0 кДж/моль.

Решение:

Используя второе следствие из закона Гесса, получим:

Δ Н⁰_r = [2Δ Н⁰_с (С₂Н₅ОН(ж))] - [Δ Н⁰_с (С₂Н₅ОС₂Н₅(ж)) + Δ Н⁰_с (Н₂О(ж))] =       [2(-1371)] - [(-2727) + 0] = - 15 кДж/моль.

Ответ: Δ Н⁰_r = - 15 кДж/моль – процесс экзотермический.

Пример 5.

Вычислить энергию Гиббса тепловой денатурации трипсина при 50°С, если DН⁰₂₉₈ = 283 кДж/моль, DS⁰₂₉₈ = 288 Дж/моль∙ К. Протекает ли эта реакция в данных условиях? Считать, что энтальпия и энтропия в данном интервале температур являются постоянными.

Решение:

Согласно уравнению Гиббса – Гельмгольца: DG⁰_T = DН⁰_T - TDS⁰_T:

DG⁰₃₂₃ = 283 кДж/моль - 323∙ 288∙ 10^-3 кДж/моль = 190 кДж/моль.

Ответ: DG⁰₃₂₃ = 190 кДж/моль > 0, реакция самопроизвольно не протекает.

Задачи для самостоятельного решения

1. Из предложенных уравнений реакций, выберите такое, тепловой эффект который является стандартной энтальпией образования NaOH:

1) ½ Na₂O + ½ H₂O = NaOH

2) Na + ½ O₂ + ½ H₂ = NaOH

3) Na₂O + H₂O = 2NaOH

4) Na + H₂O = NaOH + ½ H₂

2. Стандартная энтальпия сгорания N₂ соответствует тепловому эффекту реакции:

1) ½ N₂ + O₂ = NO₂

2) N₂ + 3/2 O₂ = N₂O₃

3) ½ N₂ + ½ O₂ = NO

4) N₂ + 5/2 O₂ = N₂O₅

3. Энтальпия образования PCl₃ равна -311, 7 кДж/моль. Рассчитайте, сколько  (в г) PCl₃ образуется в результате реакции, если при этом выделяется 62, 34 кДж теплоты?

4. Термохимическое уравнение реакции имеет вид: 2P + 3Cl₂ = 2PCl₃ + 623, 4 кДж. Рассчитайте стандартную энтальпию образования PCl₃.

5. В результате реакции, термохимическое уравнение которой:

4HCl + O₂ = 2Cl₂ + 2 H₂O + 116, 44 кДж

Выделилось 291, 1 кДж теплоты. Определите: а) количество выделившейся воды; б) объем затраченного кислорода (при н. у. ); в) массу израсходованного хлороводорода?

6. При образовании 5 моль HCl выделилось 456 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования НСl.

7. Энтальпия образования Н₂О равна -285, 83 кДж/моль. Определить теплоту сгорания 67, 2 л Н_2­ (при н. у. ).

8. Качественно оцените изменение энергии Гиббса и возможность протекания реакции: 4NH₃ + 3O₂ = 6H₂O + 2N₂ + Q.

9. Рассчитайте тепловой эффект реакции окисления глюкозы одного из важнейших процессов протекающих в организме человека С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6CО₂ + 6H₂O. Если известны стандартные энтальпии образования ∆ H⁰_обр (С₆Н₁₂О₆) = -1273 кДж/моль; ∆ H⁰_обр(CО₂) = -393 кДж/моль; ∆ H⁰_обр(H₂O) = -286 кДж/моль

10. Проверьте, нет ли угрозы, что оксид азота (I), применяемый в медицине в качестве наркотического средства, будет окисляться кислородом воздуха до весьма токсичного оксида азота (II): 2N₂O + O₂ = 4NO, если Δ G⁰(NO)= 87 кДж/моль; Δ G⁰(N₂O)= 104 кДж/моль; Δ G_f⁰(O₂)= 0.

11. Существуют два возможных пути метаболического превращения a-D-глюкозы: a-D-глюкоза (ж) = 2С₂Н₅ОН(ж) + 2СО₂; 6О₂ + a-D-глюкоза (ж) = 6СО₂ + 6Н₂О. Вычислить изменения стандартной свободной энергии Гиббса этих процессов при 298 К. Какой из них более эффективен с точки зрения использования a-D-глюкозы? ∆ G⁰_f(С₂Н₅ОН(ж)) = -182, 3 кДж/моль, ∆ G⁰_f(Н₂О) = -22, 26 кДж/г, ∆ G⁰_f(СО₂) = -387, 8 кДж/моль, ∆ G⁰_f(a-D-глюкоза(ж)) = -918, 8 кДж/моль.

12. Определить, будет ли взаимодействовать газообразный этилен с водой при 298 К и давлении 1, 013∙ 10⁵ Па. Стандартные теплоты и энтропии образования исходных веществ и продуктов следующие: ∆ Н⁰_обр(С₂Н₄(г)) = 52, 28 кДж/моль; S⁰_обр(С₂Н₄(г)) = 219, 4 Дж/(моль∙ К); ∆ Н⁰_обр(Н₂О(ж)) = -285, 0 кДж/моль; S⁰_обр(Н₂О_(ж)) = -163, 8 Дж/(моль∙ К); ∆ Н⁰_обр(С₂Н₅ОН(г)) = -201, 2 кДж/моль; S⁰_обр(С₂Н₅ОН(г)) = 239, 7 Дж/(моль∙ К).

13. Определить изменение молярной энергии Гиббса для приведенных ниже реакций при 298 К и установить, являются ли они спонтанными в прямом и обратном направлениях:

H₂ (г) + ½ O₂ (г) = H₂O (ж); (1).

3H₂ (г) + С₆H₆ (ж) = С₆Н₁₂ (ж); (2).

CH₃CHO (г) + ½ О₂ (г) = СН₃СООН (ж), (3)

если Δ G⁰_обр (H₂O (ж)) = -237, 13 кДж/моль; Δ G⁰_обр (С₆H₆ (ж)) = 129, 72 кДж/моль; Δ G⁰_обр (С₆Н₁₂ (ж)) = 31, 91кДж/моль; Δ G⁰_обр (CH₃CHO(г)) = -128, 86 кДж/моль; Δ G⁰_обр (CH₃CHO(ж)) = -389, 9 кДж/моль.

14. Как будут изменяться (качественно) энтропия, энтальпия и энергия Гиббса в ходе самопроизвольной кристаллизации вещества?

15. При какой температуре установится термодинамическое равновесие в системе 6О₂ + С₆Н₁₂О₆ = 6СО₂ + 6Н₂О, если DН⁰_р-ции = -77, 7 кДж/моль, DS⁰_р-ции = 259 Дж/(моль∙ К)? При каких температурах она пойдет самопроизвольно?

16. Определить направление протекания реакции: Н₂ + I₂ = 2НI при 298 К, если: [Н₂] = [I₂] = 0, 1 моль/л; [НI] = 1 моль/л.

17. Пойдет ли самопроизвольно реакция гидролиза дипептида гли – гли при 310 К, если Δ G⁰_р-ции = -15, 08 кДж/моль? Чему равна К_р (1, < 1, > 1)?

18. Рассчитать изменение энергии Гиббса и определить, пойдет ли самопроизвольно реакция при 298 К: FeS + H₂ = Fe + H₂S – 79, 4 кДж, если DS⁰_р-ции = 110 Дж/(моль∙ К)?

19. Константа равновесия реакции СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ при 798°С равна 1. Чему равно DG⁰ при этой температуре, и каково термодинамическое состояние системы?

20. Взаимодействует ли алюминий с водой? Нет ли опасности, что изделия из алюминия, широко применяемые в быту и медицинской технике, будут разрушаться под действием воды в результате протекания реакции: 2Al(т) + 6H₂O(ж) = 3Н₂(г) + 2Al(ОН)₃(т). Надо ли слишком тщательно чистить алюминиевые изделия? (DG ⁰ (Н₂О) = -237 кДж/моль, DG ⁰ (Al(OH)₃) = -1157 кДж/моль).

 

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: