 |
Задачи для самостоятельного решения.
|
|
|
|
Задача 1. Пользуясь табличными данными, вычислите тепловые эффекты реакций:
а) CH4(г.) + 2 O2(г.) = CO2(г.)+ 2H2O(г.);
б) Fe2O3(к.) + 2 Al(к.) = Al2O3(к.) + 2 Fe(к.); в) MgCO3 (к.) = MgO(к.) + CO2 (г.).
Какие из этих реакций будут экзотермическими, какие – эндотермическими?
Ответ: –805,2 кДж; –853,8 кДж; +100,7 кДж
Задача 2. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО(г.) и водородом, в результате которой образуется СН4(г.) и Н2О(г.). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчёте на нормальные условия?
Ответ: –618,6 кДж.
Задача 3. 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: +49,0 кДж.
Задача 4. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением
4NH3(г.) + 3O2(г.) = 2N2(г.) + 6H2O(ж.), DHр = –1530,0 кДж.
Вычислите теплоту образования NH3(г.). Ответ: – 46,2 кДж/моль.
Задача 5. Вычислите DGo298 для следующих реакций:
а) 2NaF(к.) + Cl2(г.) = 2NaCl(к.) + F2(г.) б) PbO2(к.) + 2Zn(к.) = Pb(к.) + 2ZnO(к.)
Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO2 цинком по реакции (б)?
Ответ: +313,9 кДж; –417,4 кДж.
Задача 6. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция H2(г.) + CO2(г.) = CO(г.) + H2O(ж.); DH = –2,85 кДж?
Ответ: ∆G > 0
Задача 7. Вычислить изменение стандартной энтропии для реакций
а) H2(г.) + Br2(г.) = 2 HBr(г.); б) H2(г.) + Br2(ж.) = 2 HBr(г.);
в) CO(г.) + 1/2O2(г.) = CO2(г.); г) C(графит) + O2(г.) = CO2(г.).
Объяснить значительное различие в изменении энтропии для реакций а) и б); в) и г)?
Ответ: +21,3; 114,7; –86,3; +3,0
Задача 8. Не проводя расчета, определите качественно, в каких химических реакциях ΔS реакции будет < 0; ≈ 0; > 0.
а) 2H2(г.) + O2(г.) = H2O(г.); б) 2H2(г.) + O2(г.) = H2O(ж.);
|
|
|
г) N2 (г.) + 3H2(г.) = 2NH3(г.); д) CaO(к.) + CO2(г.) = CaCO3(к.);
е) 4 Fe(к.) + 3 O2(г.) = 2 Fe2O3(к.); ж) N2O4(г.) = 2 NO2(г.);
з) N2 (г.) + O2(г.) = 2 NO(г.).
Задача 9. При соединении 2,1 г железа с серой выделилось 3,77 кДж. Рассчитать теплоту образования сульфида железа.
Ответ: DНобр(FeS) = - 100,3 кДж. /моль.
Задача 10. Определить стандартную энтальпию (DН°298) образования РН3 , исходя из уравнения:
2РН3 (г.) + 4О2 (г.) = Р2 О5 (к.) + 3Н2О (ж.); DН° = - 2360 кДж.
Ответ: 5,3 кДж./моль.
Задача 11. Исходя из теплового эффекта реакции
3СаО (к.) + Р2О5 (к.) = Са3(РО4)2(к.); DН° = - 739 кДж,
определить DН°298 образования ортофосфата кальция.
Ответ: – 4137,5 кДж./моль.
Задача 12. Исходя из уравнения реакции
CH3OH (ж.) + 3/2 O2 (г.) = CO2 (г.) + H2O(ж.); DН° = –726,5 кДж,
вычислить DН°298 образования метилового спирта.
Ответ: –238,6 кДж./моль.
Задача 13. При восстановлении 12,7 г оксида меди (II) углем (с образованием CO) поглощается 8,24 кДж. Определить DН°298 образования оксида меди.
Ответ: –162,1 кДж/моль.
Задача 14. Определите DН°298 образования этилена, используя следующие данные:
C2H4(г.) + 3 O2(г.) = 2 CO2 (г.) + 2 H2O (г.), DН° = –1323 кДж;
C(графит) + O2(г.) = CO2 (г.), DН° = –393,5 кДж;
H2 (г.) + 1/2 O2 (г.) = H2O (г.), DН° = –241,8 кДж.
Ответ: 52,4 кДж/моль.
Задача 15. Не производя вычислений, установите знак DS следующих процессов:
а) 2NH3 (г.) = N2 (г.) +3H2 (г.); б) CO2 (к.) = CO2 (г.);
в) 2NO (г.) + O2 (г.) = 2NO2 (г.); г) 2H2S (г.) + 3O2 (г.) = 2H2O(ж.) + 2SO2 (г.);
д) 2CH3 OH (г.) + 3O2 (г.) = 4H2O (г.) + 2CO 2 (г.).
Задача 16. Определите знак изменения энтропии для реакции:
2 А2(г.) + В2(г.) = 2А2В(ж.).
Возможно ли протекание этой реакции в стандартных условиях? Ответ обосновать.
Задача 17. Укажите знаки DН°, DSº и ΔG° для следующих процессов:
а) расширение идеального газа в вакуум;
б) испарение воды при 100ºС и парциальном давлении паров воды 101,3 кПа (760 мм рт.ст.); в) кристаллизация переохлажденной воды.
Задача 18. Вычислите значения ΔG°298 реакций восстановления оксида железа (II):
а) FeO(к.) + ½ C(графит) = Fe(к.) + ½ CO2 (г.);
б) FeO(к.) + C(графит) = Fe(к.) + CO(г.); в) FeO(к.) + CO(г.) = Fe(к.) + CO2 (г.).
|
|
|
Протекание какой из этих реакций наиболее вероятно?
Ответ: а) 47,1 кДж; б) 107,2 кДж; в) –13,0 кДж.
Задача 19. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: CaO, FeO, CuO, PbO, Fe2O3, Cr2O3?
Ответ: все, кроме CaO.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Стандартные энтальпии образования DН°298, энтропии Sº298 и энергии Гиббса
образования ΔG°298 некоторых веществ
| Вещество | DН°298, кДж/моль | Sº298, Дж/(моль·К) | ΔG°298, кДж/моль |
| Al2O3 (к.) | –1676,0 | 50,9 | –1582,0 |
| C(графит) | 5,7 | ||
| C(алмаз) | 1,9 | 2,4 | 2,9 |
| Br2(ж.) | 152,3 | ||
| Br2(г.) | 30,9 | 245,3 | 3,1 |
| CH4 (г.) | –74,9 | 186,2 | –50,8 |
| C2H2 (г.) | 226,8 | 200,8 | 209,2 |
| C2H4 (г.) | 52,3 | 219,4 | 68,1 |
| C2H6 (г.) | –89,7 | 229,5 | –32,9 |
| C6H6 (ж.) | 82,9 | 269,2 | 129,7 |
| CO(г.) | –110,5 | 197,5 | –137,1 |
| CO2 (г.) | –393,5 | 213,7 | –394,4 |
| Cr2O3(к.) | –1440,6 | 81,2 | –1050,0 |
| CuO (к.) | –162,0 | 42,6 | –129,9 |
| FeO (к.) | –264,8 | 60,8 | –244,3 |
| Fe2O3 (к.) | –822,2 | 87,4 | –740,3 |
| H2 (г.) | 130,5 | ||
| HBr (г.) | –36,3 | 198,6 | –53,3 |
| MgO (к.) | –601,9 | 26,9 | –569,6 |
| MgCO3 (к.) | –1096,0 | 65,7 | –1019,3 |
| O2 (г.) | 205,0 | ||
| P2O5 (к.) | –1492 | 114,5 | –1348,8 |
| PbO (к.) | –219,3 | 66,1 | –189,1 |
| PbO2 (к.) | –276,6 | 74,9 | –218,3 |
| ZnO (к.) | –350,6 | 43,6 | –320,7 |
| F2 (г.) | 202,9 | ||
| NaF (к.) | –573,6 | 51,3 | –543,3 |
| Cl2 (г.) | 229,9 | ||
| NaCl (к.) | –411,1 | 72,1 | –384,0 |
Вопросы для самоконтроля по теме:
«ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА. ТЕРМОХИМИЯ»
1. Какие вопросы решает химическая термодинамика?
2. Что называется термодинамической системой? Как классифицируются системы? Приведите примеры различных систем.
3. Что такое параметры состояния? Какие термодинамические процессы называются изобарными, изохорными, изотермическими?
4. Какие величины называются термодинамическими функциями состояния?
5. Что называется внутренней энергией системы? Сформулируйте I начало термодинамики.
6. Что называется тепловым эффектом процесса? Приведите основные свойства величин, входящих в I закон термодинамики.
7. В чем особенности и значение процессов, идущих при пост.объеме и давлении?
8. Какую функцию состояния называют энтальпией? Какова мера ее изменения?
9. Сформулируйте закон Гесса и следствия из него.
10. Какие процессы могут сопровождаться тепловыми эффектами? Какие химические реакции называются экзо-, эндотермическими? Приведите примеры.
11. Какие факторы влияют на величину теплового эффекта?
12. Какие из приведенных веществ более устойчивы, почему: CH4, C2H4, C6H6? ΔНобр(СН4) = –75 кДж/моль; ΔНобр(С2Н4) =+52 кДж/моль; ΔНобр(С6Н6) =+83 кДж/моль.
|
|
|
13. Что называется стандартной теплотой (энтальпией) образования? Какие свойства можно охарактеризовать, зная эту величину? Какие условия принято называть стандартными?
14. Понятие энтропии. В чем суть II начала термодинамики.
15. Как меняется энтропия при различных процессах?
16. Энтропийный и энтальпийный факторы процессов. Энергия Гиббса.
17. Каково условие самопроизвольного протекания процессов?
18. Какие факторы влияют на величину ΔGºобр.?
19. Какие свойства веществ можно охарактеризовать, зная величину ΔGºобр.?
20. Единицы измерения внутренней энергии, энтальпии, энтропии, энергии Гиббса?
|
|
|
