Примеры решения типовых задач по теме

«Химическая термодинамика»

 

1. Рассчитайте химической реакции

по значениям стандартных энтальпий образования веществ (прил. 2). Укажите тип реакции (экзо- или эндотермическая).

 

Р е ш е н и е:

По данным (прил. 1), стандартные энтальпии образования , и при 298 К равны соответственно –416, –286
и –427,8 кДж/моль. Используя следствие закона Гесса, рассчитываем химической реакции:

Н0х.р = 2∆Н0f (NaOH) – [∆Н0f (Na2O) + Н0f 2О)]

2(–427,8) – [–416 + (–286)] = –153,6 кДж.

Реакция является экзотермической, так как < 0.

Ответ: –153,6 кДж.

2. Определите, как изменяется энтропия при протекании химического процесса .

Р е ш е н и е:

В данном процессе при взаимодействии 1 моля кристаллического и
1 моля жидкого вещества образуются 2 моля кристаллического вещества, следовательно, система переходит в состояние с меньшим беспорядком
и энтропия уменьшается (DS < 0).

Ответ: уменьшается.

3. Рассчитайте величину для процесса

,

используя значения стандартных энтропий веществ.

Р е ш е н и е:

Используя справочные данные ,

, ,

рассчитываем :

 

S0298 = 2∙S0(NаОH) – [S0(Na2O) + S0(H2O)] =

2∙64,16 – (75,5 + 70) = –17,18 Дж/К.

Ответ: энтропия уменьшается. = –17,18 Дж/К.

4. Рассчитайте изменение энергии Гиббса ( ) для процесса по значениям стандартных энергий Гиббса образования веществ. Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и 298 К?

Р е ш е н и е:

При стандартных условиях ( ) можно рассчитать как разность суммарной энергии Гиббса образования продуктов реакции
и суммарной энергии Гиббса образования исходных веществ, с учетом стехиометрических коэффициентов.

 

Необходимые справочные данные: .

G0f (Na2O) = –378 кДж/моль, ∆G0f (H2O) = –237 кДж/моль

G0298 = 2∙∆G0f (NaOH) – [∆G0f (Na2O) + ∆G0f (H2O)] =

= 2∙(–381,1) – [–378 + (–237)] = –147,2 кДж.

Значение отрицательно, поэтому самопроизвольное протекание реакции возможно в прямом направлении.

Ответ: возможно; –147,2 кДж.

5. Определите, возможно ли при 95oС самопроизвольное протекание процесса . Ответ обоснуйте, рассчитав величину изменения энергии Гиббса при данной температуре.

Р е ш е н и е:

Переведем температуру в шкалу Кельвина: . Для расчета DG0368 воспользуемся уравнением

Используем изменения энтальпии и энтропии, рассчитанные для данного процесса в предыдущих задачах. При этом величину изменения энтропии необходимо перевести из Дж/К в кДж/К, поскольку значения и обычно измеряют в кДж, т. е.

Таким образом, < 0, поэтому самопроизвольное протекание данного процесса при 95 oС возможно.

Ответ: возможно; –147,3 кДж.

6. Составьте термохимическое уравнение реакции взаимодействия и , если при этом образуется 1 моль . В ответе приведите количество теплоты (Q), указанное в термохимическом уравнении.

Р е ш е н и е:

Коэффициенты в термохимическом уравнении имеют смысл молей. Поэтому допустимы дробные значения коэффициентов и 1 моль гидроксида натрия может образоваться из 1/2 моля оксида натрия и 1/2 моля воды.
В результате расчета выяснено, что при образовании 2 молей
в данной реакции выделяется 153,6 кДж теплоты, = –153,6 кДж. Поэтому при образовании 1 моль количество выделившейся теплоты будет в 2 раза меньше, т. е. 76,8 кДж. В термохимическом уравнении количество выделяющейся теплоты указывают со знаком «плюс»: .

Ответ: Q = +76,8 кДж.

Задания для самоконтроля

1. Рассчитайте химической реакции

по значениям стандартных теплот образования веществ. Укажите тип реакции (экзо- или эндотермическая).

2. Рассчитайте химической реакции

по значениям стандартных теплот образования веществ. Укажите тип реакции (экзо- или эндотермическая).

3. Рассчитайте химической реакции

по значениям стандартных теплот образования веществ. Укажите тип реакции (экзо- или эндотермическая).

4. По значениям стандартных теплот образования веществ рассчитайте химической реакции

Укажите тип реакции (экзо- или эндотермическая).

5. Определите, как изменяется энтропия при протекании химического процесса .

6. Определите, как изменяется энтропия при протекании химического процесса .

7. Определите, как изменяется энтропия при протекании химического процесса .

8. Используя значения стандартных энтропий веществ, рассчитайте величину для процесса

,

9. Используя значения стандартных энтропий веществ, рассчитайте величину для процесса

,

10. Используя значения стандартных энтропий веществ, рассчитайте величину для процесса

,

11. По значениям стандартных энергий Гиббса образования веществ

рассчитайте изменение энергии Гиббса для процесса

Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и 298 К?

 

12. Рассчитайте изменение энергии Гиббса для процесса по значениям стандартных энергий Гиббса образования веществ. Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и 298 К?

13. Рассчитайте изменение энергии Гиббса для процесса по значениям стандартных энергий Гиббса образования веществ. Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и 298 К?

14. Определите, возможно ли при самопроизвольное протекание процесса . Ответ обоснуйте, рассчитав величину изменения энергии Гиббса при данной температуре.

15. Определите, возможно ли при самопроизвольное протекание процесса . Ответ обоснуйте, рассчитав величину изменения энергии Гиббса при данной температуре.

16. Определите, возможно ли при самопроизвольное протекание процесса . Ответ обоснуйте, рассчитав величину изменения энергии Гиббса при данной температуре.

17. Составьте термохимическое уравнение реакции разложения , если при этом образуется 1 моль и 1 моль . В ответе приведите количество теплоты, указанное в термохимическом уравнении.

18. Составьте термохимическое уравнение реакции взаимодействия и , если при этом образуется 1 моль . В ответе приведите количество теплоты, указанное в термохимическом уравнении.

19. Составьте термохимическое уравнение реакции взаимодействия и , если при этом образуется 1 моль . В ответе приведите количество теплоты, указанное в термохимическом уравнении.

Библиографический список

1. Борсоева, С. А. Химия : учеб. пособие / С. А. Борсоева, В. А. Миронова и др. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2006.

2. Коровин, Н. В. Общая химия : учеб. пособие / Н. В. Коровин. – М. : Высш. шк., 2000.

3. Шелинский, Г. И. Основы теории химических процессов : учеб. пособие / Г. И. Шелинский. – М. : Просвещение, 2000.

4. Глинка, Н. Л. Общая химия : учеб. пособие / Н. Л. Глинка. – М. : Высш. шк., 2001.

 
 
 


ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Варианты и условия заданий

№ варианта Реакция Т, К Количество вещества
Масса Объем
Fe3O4(т) +H2(г) = 3FeO(т) +H2O(г) 10 кг FeO  
H2(г) +CO2 = H2O(г) + CO(г) 2 000   10 л CO2
CO(г) + FeO(т) = CO2(г) +Fe(т)   2 л CO2
CH4(г) + CO2(г) = 2CO(г) + 2H2(г) 1 600   4 л CO
PbO(т) + H2(г) =Pb(т) +H2O(г) 1 кг PbO  
2CuCl(т) + H2(г) = 2Cu(т) + 2HCl(г)   2 л H2
CaCO3(т) = CaO(т) + CO2(г)   7 л CO2
MgCO3(т) = MgO(т) + CO2(г)   100 л CO2
2PbSO4(т) = 2PbO(т) + 2SO2(г) + O2(г) 20 кг SO2  
Ca(OH)2(т) = CaO(т) + H2O(г) 5 кг CaO  
3Fe2O3(т) = 2Fe3O4(т)+ 1/2O2Iг) 7 кг Fe2O3  
FeO(т) + H2(г) = Fe(т) + H2O(г)   10 л H2
Fe3O4(т) + 4H2(г) = 3Fe(т) + 4H2O(г)   2 л H2
C(графит) + 2H2O(г) = CO2(г) + 2H2(г) 1 200 1 кг C  
Al2O3(т) + C(графит) = 2Al(т) +3CO(г) 5 моль Al2O3  
Fe3O4(т) + 4CO(г) = 3Fe(т) + 4CO3(г) 1 000 1 кг Fe  
Mg(т) + CO2(г) = MgO(т) + CO(г) 1 кг Mg  
TiCl4(ж) + 2Mg(т) = Ti(т) + 2MgCl2(г) 10 кг Ti  
Al2O3(т) + 3C(графит) = 2Al(т) + 3CO(г)   3 л CO
H2S(г) + 3/2O2(г) = H2O(г) + SO2(г)   1 л H2S
H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(г)   1 л O2
2CO2(г) + H2O(г) = C2H2(г0 + 1/2O2(г)   2 л C2H2
H2O2(г) = H2O(г) + 1/2O2(г) 1 000   2 л H2O
C(алмаз) ®С(графит) 3 000 1кг C(графит)  
CaO(т) + CO2(г) + CaCo3(т)   2 л CO2
2NaHCO3(т) = Na2CO3(т) + CO2(г) + H2O(г) 5 кг Na2CO3  
C2H4(г) + H2(г) = С2H6   1 л C2H4
KclO3(т) = KCl(т) + 3/2O2(г)   2 л O2
2Al(т) + 3Cl2(г) = 2AlCl3(т) 1 кг Al  
Fe2O3(т) + 3CO(г) = 3CO2(г) + 2Fe(т) 1 000 6 кг Fe  

 

Примечание: (г) – газ, (ж) – жидкость, (т) – твердое (кристаллическое) вещество.

 
 
 

Приложение 2