Школьный этап химической олимпиады (стр. 3 )

m(р-ра после реакции) = V × r(кислоты) + m(Fe) – m(H2).

m(р-ра после реакции) = 96,8 мл × 1,139 г/мл + 12,6 г – 2 г/моль× 0,225 моль =

= 122,4 г 1 балл

w%(FeSO4) = = 27,94 % 1 балл

Всего 6 баллов

5). х моль х моль у моль 1,5у моль

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 2 балла

24 г/моль 22,4 л/моль 27 г/моль 22,4 л/моль

n(H2) = = 0,15 моль. 1 балл

ì24х + 27 у = 3,06 х = 0,06

îх + 1,5у = 0,15 у = 0,06 2 балла

w%(Mg) = = 47,06 %

w%(Al) = = 52,94 % 2 балла

Всего 7 баллов

6). 0,3 моль 0,15 моль

СаСО3 = СаО + СО2 – 26,7 кДж 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O 2 балла

1 моль 1 моль 2 моль 1 моль

40 г/моль

n(СО2) = = 0,15 моль 1 балл

V(NaOH) = = = 18,75 мл 2 балла

Всего 5 баллов

7) 0,06 моль 0,06 моль

FeSO4.7H2O ¾® FeSO4 1 балл

1 моль 1 моль

278 г/моль 152 г/моль m(р-ра) = 16,68 г + 28,92 г = 45,6 г

n(FeSO4) = n (FeSO4.7H2O) = = 0,06 моль 1 балл

r(р-ра) = = 1,2 г/мл 1 балл

w%(FeSO4) = = 0,2 (20 %) 1 балл

с (FeSO4) = = 1,58 моль/л 1 балл

Всего 5 баллов

Максимально 32 балла

8 класс

Тест

1. Наибольшая массовая доля фосфора в соединении

1) Mg3(POBa3(POCa3(POSr3(PO4)2

2. Углекислый газ объемом 3,36 л (н. у) имеет массу (в граммах)

1),6 3) 22,4 4) 12

3. При разложении карбоната кальция образуются следующие вещества:

1) кальций, углерод, кислород

2) гидроксид кальция, углекислый газ

3) оксид кальция, оксид углерода (IV)

4) оксид кальция, оксид углерода (II)

4. В молекулярном уравнении реакции Al(OH)3 + H2SO4 ® средняя соль + … сумма коэффициентов равна

1 12

5. Число атомов серы в сульфате железа (III) массой 12 г равно

1) 6,02×1,418×1,204×1,224×1023

6. Водород в лаборатории получают в аппарате Киппа при взаимодействии

1) меди с соляной кислотой 2) алюминия с азотной кислотой

3) цинка с соляной кислотой 4) мрамора с соляной кислотой

7. Только амфотерные оксиды находятся в ряду

1) CO2, ZnO, Mn2O7 2) ZnO, Al2O3, Cr2O3

3) BeO, N2O5, Na2O 4) CaO, MnO, CrO3

8. Масса (в граммах) 0,2 моль оксида серы (VI)

1)4) 4,48

9. Самый дешевый способ получения кислорода в промышленности:

1) разложение бертолетовой соли 2) разложение пероксида водорода

3) разложение перманганата калия

4) фракционная перегонка (ректификация) жидкого воздуха

10. Порядковый номер элемента 127Э74

1) 4) 127

Задачи

1. 225 г нонагидрата нитрата алюминия (Al(NO3)3•9H2O) растворили в 414 мл воды и получили раствор объемом 543 мл. Определите массовую долю нитрата алюминия в растворе, молярную концентрацию нитрата алюминия, плотность раствора. (7 баллов)

2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Медь → нитрат меди (II) → оксид меди (II)→медь→малахит→Na2[Cu(OH)4]

↓

оксид меди (II) → сульфат меди (II) → хлорид меди (II) → нитрат меди (II)

(10 баллов)

3. При взаимодействии 2,24 г металла с соляной кислотой образется 5,08 г хлорида металла (II). Определите металл. Напишите уравнение реакции взаимодействия данного металла с хлором. (4 балла)

4. Горькая английская соль имеет состав: 9,756% магния, 13,008% серы, 71,545% кислорода и 5,691% водорода. Установите формулу соли. (3 балла)

5. При взаимодействии 9,12 г смеси магния и алюминия с 20%-ным раствором серной кислоты (ρ = 1,139 г/мл) выделяется 9,856 л (н. у) газа. Определите массовые доли металлов в смеси, объем вступившей в реакцию кислоты. (10 баллов)

6. Рассчитайте объем кислорода (н. у), необходимый для окисления 4,34 г фосфора, если в результате реакции образуется вещество, в котором массовая доля фосфора равна 43,662%. Напишите уравнение реакции. (4 балла)

7. Кадмиевую пластинку массой 15 г поместили в 107,4 мл 16%-го раствора нитрата свинца (II) (ρ = 1,156 г/мл). Через некоторое время масса пластинки составила 18,8 г. Определите массовые доли солей в растворе после реакции и степень вытеснения кадмия. (10 баллов)

8. Сколько по массе алюминия необходимо для реакции восстановления 120 г смеси оксида железа (II) и оксида железа (III), содержащей 74% железа. (5 баллов)

9. При полном растворении в соляной кислоте смеси карбоната и сульфида металла IIА-группы с равными массовыми долями выделилась газовая смесь с плотностью по гелию 9,5. Установите состав соединений, напишите уравнения реакций. (10 баллов).

Вывод формул
неорганических веществ

1. Соединение содержит по массе 24,68 % калия, 34,81 % марганца и кислород. Установите формулу вещества.

2. Соединение содержит по массе 13,86 % железа, 10,4 % азота, 4,5 % водорода и кислород. Установите формулу вещества.

3. Соединение Ca(ClОx)2 содержит по массе 27,972 % кальция. Установите формулу вещества.

4. Соединение NaxЭyOz содержит по массе 17,037 % натрия, 47,407 % неизвестного элемента и кислород. Установите формулу вещества.

5. К раствору, содержащему 4,56 г сульфата двухвалентного металла, прилили 15 %-ый раствор КОН (плотность 1,138 г/мл), при этом выпал осадок массой 2,7 г. Определите металл, и объем раствора щелочи, израсходованной на осаждение.

6. К раствору, содержащему 60 г сульфата двухвалентного металла, прилили избыток раствора гидроксида натрия. Масса полученного осадка оказалась на 5 г больше массы 1 моль самого металла. Определите металл.

7. К 83,24 г раствора сульфида щелочного металла прилили 100 г 8,01 %-го раствора хлорида алюминия. После окончания реакции массовая доля хлорида металла в растворе стала равной 6 %. Определите металл.

8. При обжиге 5,00 г MeS, имеющего 4 % не содержащих серу примесей, получили обжиговый газ, на нейтрализацию которого потребовалось 36,07 мл 10 %-ного раствора NaOH (плотность 1,109 г/мл). Определите металл.

9. Кристаллогидрат нитрата алюминия содержит по массе 76,8 % кислорода. Выведите формулу кристаллогидрата.

10. К 162 г 4 %-го раствора нитрата двухвалентного металла добавили 59,4 г гексагидрата нитрата этого металла, при этом массовая доля соли в растворе стала равной 20 %. Определите металл.

11. К 19,65 мл 15 %-го раствора хлорида двухвалентного металла (плотность 1,13 г/мл) прилили до полного выпадения осадка 150 мл раствора нитрата серебра концентрацией 0,4 моль/л. Определите металл.

12. К раствору, содержащему 12,48 г галогенида двухвалентного металла, прилили избыток раствора нитрата серебра, при этом выпал осадок массой 17,22 г. Этот же исходный раствор неизвестной соли реагирует с избытком раствора серной кислоты до выпадения 13,98 г осадка. Определите неизвестное вещество.

Ответы:

1) KMnO4 2) Fe(NO3)3.9H2O 3) Ca(ClO)2 4) Na2S4O6 5) Fe(OH)2 6) Mg(OH)2 7) Na2S 8) CuS 9) Al(NO3)3.9H2O 10) Zn(NO3)2.6H2O 11) CaCl2 12) BaCl2

Вывод формул органических веществ

1. Органическое соединение содержит по массе 32 % углерода, 42,67 % кислорода, 18,67 % азота и водород. Установите формулу вещества.

2. Массовая доля хлора в дихлорпроизводном алкана равна 71,717 %. Установите формулу вещества.

3. При сгорании 7 г органического вещества было получено 11,2 л углекислого газа (н. у.) и 9 г воды. Относительная плотность паров данного вещества по азоту 2. Установите формулу вещества.

4. При сгорании 4,5 г органического вещества было получено 5,04 л углекислого газа (н. у.) и 5,4 г воды. Относительная плотность паров данного вещества по воздуху 2,069. Установите формулу вещества.

5. При сгорании 0,93 г органического вещества было получено 672 мл углекислого газа, 336 мл азота (н. у.) и 1,35 г воды. Относительная плотность паров данного вещества по водороду 15,5. Установите формулу вещества.

6. При полном окислении 4,2 г органического вещества было получено 3,024 л углекислого газа (н. у.), 2,43 г воды и 2,07 г карбоната калия. Установите формулу вещества.

7. При окислении 2,75 г предельного моноальдегида аммиачным раствором гидроксида серебра была получена кислота, на нейтрализацию которой требуется 17,7 мл 12 %-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,13 г/мл). Определите альдегид, если выход первой реакции составил 96 %.

8. Из 4,08 г предельного одноатомного спирта можно получить 6,6 г монобромпроизводного алкана. Определите спирт.

9. Смесь фенола и предельного одноатомного спирта общей массой 8 г реагирует с 1,81 мл 45 %-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,478 г/мл). Та же смесь реагирует с металлическим натрием до выделения 1,12 л водорода (н. у.). Определите неизвестный спирт и массовые доли веществ в исходной смеси.

10. Раствор, содержащий 29,4 г калиевой соли предельной монокарбоновой кислоты, подвергли электролизу. В результате реакции был получен алкан массой 4,5 г. Определите исходную соль.

11. Массовая доля углерода в предельной монокарбоновой кислоте равна 58,83 %. Определите кислоту.

Ответы:

1) C2H5NO2; 2) C2H4Cl2; 3) C4H8; 4) C3H7OH; 5) CH3NH2; 6) C4H9COOK;

7) C2H4O; 8) C6H13OH; 9) C4H9OH, 64,75%, 35,25%; 10) CH3COOK;

11) С4H9COOH.

Термохимические расчеты

Пример 1. Реакция горения этилового спирта выражается уравнением С2Н5OH(ж) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж).

Вычислите изменение энтальпии (тепловой эффект) реакции, запишите термохимическое уравнение.

Решение. Для определения DНо химической реакции находим по справочнику энтальпии образования веществ:

С2Н5OH(ж) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж).

–277,6 0 –393,51 –285,84 DНо кДж/моль

Вычисляем изменение энтальпии химической реакции, применяя следствие из закона Гесса: DНох. р. = 2·(–393,52) + 3·(–285,84) – (–277,67)= = – 1366,87 кДж

Записываем термохимическое уравнение:

С2Н5OH(ж) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж) + 1366,87 кДж или

С2Н5OH(ж) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж) DНо = – 1366,87 кДж

Пример 2. Определите стандартную энтальпию образования (теплоту образования) метилового спирта СН3ОН, если его стандартная энтальпия сгорания (теплота сгорания) равна – 725,64 кДж/моль.

Решение. Записываем уравнение реакции горения метилового спирта и находим по справочнику энтальпии образования оксида углерода (IV) и воды:

2CH3OH(ж) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 4Н2О(ж)

? 0 –393,51 –285,84 DНо кДж/моль

Согласно следствию из закона Гесса:

DНох. р. = 4DНо(Н2О) + 2DНо(СО2) – 2DНо(СН3ОН)

Так как в реакции участвует 2 моль метанола, то

DНох. р. = 2DНосгор.(СН3ОН)

DНо(СН3ОН) = (2DНо(Н2О) + 4DНо(СО2) – 2DНосгор.(СН3ОН))/2 =

= –393,51 + 2·(–285,84) –(–725,64) = – 238,55 кДж/моль.

Стандартная энтальпия образования (теплота образования) метилового спирта DНо(СН3ОН(ж)) = –238,55 кДж/моль.

Пример 3. При взаимодействии 2,8 г железа с серой выделилось 4,77 кДж. Рассчитайте энтальпию образования сульфида железа (II).

Решение. Записываем уравнение реакции и анализируем его:

Fe + S = FeS

1 моль 1 моль 1 моль

56 г/моль

при взаимодействии 2,8 г железа выделяется 4,77 кДж

при взаимодействии 56 г железа выделяется Х кДж

Х = (56·4,77): 2,8 = 95,4 кДж

DНо(FeS(к))= –95,4 кДж/моль.

Пример 4. Определите количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании 100 л метана. Стандартная энтальпия сгорания метана равна –890,31 кДж/моль.

Решение. Записываем уравнение реакции и анализируем его

100 л

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 890,31 кДж

1 моль

22,4 л/моль

22,4 л

Q = (890,31·100): 22,4 = 3974,6 кДж. При сгорании 100 л метана выделяется 3974,6 кДж или DНох. р. = –3974,6 кДж.

Пример 5. Исходя из значений DНо реакций

MgO(к) + 2Н+aq = Mg2+aq + H2O(ж) DНо1= –145,6 кДж

H2O(ж) = Н+aq + OH–aq DHо2 = 57,5 кДж

Вычислить значение DНо3 для реакции растворения оксида магния в воде: MgO(к) + H2O(ж) = Mg2+aq + 2OH–aq DHо3 = ?

Решение. Согласно закону Гесса, можно записать

DНо3 = DНо1 + 2DНо2 = –145,6 + 2·57,5 = –30,6 кДж.

Пример 6. При полном окислении смеси пропана и бутана выделяется 146,4 кДж теплоты, а на окисление расходуется 7,392 л кислорода. Определите объемные доли газов в исходной смеси, если энтальпии сгорания пропана и бутана соответственно равны –2220 кДж/моль и ‑2880 кДж/моль.

Решение.

x моль 5x моль

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O + 2220 кДж

1 моль 5 моль

y моль 6,5y моль

C4H10 + 13/2O2 = 4CO2 + 5H2O + 2880 кДж

1 моль 6,5 моль

n(O2) = 7,392 л : 22,4 л/моль = 0,33 моль

5x +6,5y = 0,33

2220x + 2880y = 146,4

x = 0,02; y = 0,04

n(C3H8) = 0,02 моль; n(C4H10) = 0,04 моль

j%(C3H8) = 0,02 : (0,02 + 0,04) × 100 % = 33,33 %

j%(C4H10) = 0,04 : (0,02 + 0,04) × 100 % = 66,67 %

Пример 7. Вычислите энтальпию образования хлорида магния, если при хлорировании 16 г смеси магния и хрома в молярном соотношении 1:2 выделяется 222,5 кДж теплоты, а энтальпия образования хлорида хрома (III) равна –570 кДж/моль.

Решение.

x моль

Mg + Cl2 = MgCl2

1 моль 1 моль 1 моль

24 г/моль

2x моль

Cr + 3/2Cl2 = CrCl3 + 570 кДж

1 моль

52 г/моль

24x + 104x = 16

x = 0,125

n(Mg) = 0,125 моль; n(Cr) = 0,25 моль

0,125 × DH0298(MgCl2) + 0,25 × (-570) = –222,5

DH0298(MgCl2) = -640 кДж/моль

Пример 8. Определить стандарное значение энтальпии реакции горения метана CH4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(г), зная, что энтальпия образования CO2(г), H2O(г) и CH4(г) равны соответственно -393,5, -241,8 и -74,9 кДж/моль

Решение.

Запишем термохимические уравнения реакции образования CO2, H2O, CH4.

C(графит) + O2(г) = CO2(г); DH0298 = –393,5 кДж (1)

H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(г); DH0298 = –241,8 кДж (2)

C(графит) + 2H2(г) = CH4(г); DH0298 = –74,9 кДж (3)

Сложив уравнение 1 с удвоенным уравнением 2 и вычтя из найденной суммы уравнение 3, получим термохимическое уравнение интересующей нас реакции:

CH4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(г).

Используя данные задачи, для искомой величины найдем:

DH0х. р. = –393,5 –241,8×2 – (–74,9) = –802,2 кДж

Пример 9. При растворении безводного сульфата меди (II) массой 32 г в воде массой 80 г выделяется 13,3 кДж теплоты, а при растворении пентагидрата сульфата меди (II) массой 50 г в том же количестве воды поглощается 2,34 кДж. Определите энтальпию гидратации сульфата меди.

Решение.

При растворении кристаллогидратов наблюдается более низкий тепловой эффект, чем при растворении безводной соли. Разность между энтальпией (теплотой) растворения безводной соли DHбезв. и энтальпией (теплотой) растворения ее кристаллогидрата DHкр есть энтальпия (теплота) гидратации DHгидр.:

DHгидр. = DHбезв. - DHкр.

n(CuSO4) = 32 г : 160 г/моль = 0,2 моль

n(CuSO4.5H2O) = 50 г : 250 г/моль = 0,2 моль

DHбезв. = –13,3 кДж : 0,2 моль = –66,5 кДж/моль

DHкр. = 2,34 кДж : 0,2 моль = 11,7 кДж/моль

DHгидр. = –66,5 – 11,7 = –78,2 кДж/моль

Пример 10. При растворении 10 г CaCl2 в 200 мл воды температура раствора повысилась на 7,7 °С. Вычислите теплоту гидратации CaCl2, если теплота растворения CaCl2.6H2O равна 19,08 кДж/моль. Удельную теплоемкость раствора принять равной удельной теплоемкости воды 4,18×103 Дж/(кг×K).

Решение.

Для нагревания 1 г раствора на 1 градус требуется 4,18 Дж теплоты, а для нагревания 210 г (200 + 10) раствора на 7,7 градусов потребуется: 4,18 × 210 × 7,7 = 6759,06 Дж.

DHбезв. = –6,75906 кДж × 111 г/моль : 10 г = –75,03 кДж/моль

DHгидр. = –75,03 – 19,08 = –94,11 кДж/моль.

Пример 11. Для полного разложения навески карбоната магния необходимо 7,65 кДж теплоты. Полученный оксид углерода (IV) пропустили через 135 г 5,7 %-ного раствора гидроксида бария. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе. Тепловой эффект реакции разложения карбоната магния 102 кДж/моль.

Решение.

MgCO3 = MgO + CO2­

1 моль 1 моль

n(CO2) = n (MgCO3) = = 0,075 моль

n(Ba(OH)2) = = 0,045 моль

n(CO2) : n(Ba(OH)2) = 0,075 : 0,045 =5 : 3

0,075моль 0,045моль 0,015моль 0,03 моль

5CO2 + 3Ba(OH)2 = BaCO3¯ + 2Ba(HCO3)2 + H2O

5 моль 3 моль 1 моль 2 моль

44 г/моль 171 г/моль 197 г/моль 259г/моль

m(р-ра) = 135 г + 0,075 моль × 44 г/моль - 0,015 моль × 197 г/моль = = 135,345 г

w%(Ba(HCO3)2) = = 5,74%

Пример 12. Для полного разложения порции карбоната магния потребовалось 15,3 кДж теплоты. Полученный оксид углерода (IV) поглощен 91 мл 9 %‑ного раствора NaOH (r = 1,1 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в растворе после реакции. Тепловой эффект реакции разложения карбоната магния 102 кДж.

Решение.

MgCO3 = MgO + CO2

1 моль 1 моль

n(CO2) = n(MgCO3) = = 0,15 моль

n(NaOH) = = 0,225 моль

n(CO2) : n(NaOH) = 0,15 : 0,225 =2 : 3

0,15 моль 0,225 моль 0,075 моль 0,075 моль

2CO2 + 3NaOH = Na2CO3 + NaHCO3 + H2O

2 моль 3 моль 1 моль 1 моль

44 г/моль 106 г/моль 84 г/моль

m(р-ра) = 91мл × 1,1 г/мл + 0,15 моль × 44 г/моль = 106,7 г

w%(Na2CO3) = = 7,45%

w%(NaHCO3) = = 5,90%

Пример 13. Для полного разложения навески карбоната железа (II) в инертной атмосфере потребовалось 12,3 кДж теплоты. Полученный оксид растворили в 141,3 мл 20%-ного раствора HNO3 (r = 1,115 г/мл). Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе. Тепловой эффект реакции разложения карбоната железа (II) 82 кДж/моль.

Решение.

FeCO3 = FeO + CO2

1 моль 1 моль

n(FeO) = n(FeCO3) = = 0,15 моль

n(HNO3) = = 0,5 моль

n(FeO) : n(HNO3) = 0,15:0,5 = 3:10

0,15 моль 0,5 моль 0,15 моль 0,05 моль

3FeO + 10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO­ + 5H2O

3 моль 10 моль 3 моль 1 моль

72 г/моль 242 г/моль 30 г/моль

m(р-ра) = 0,15 моль × 72 г/моль + 141,3 мл × 1,115 г/мл – 0,05 моль × × 30 г/моль = 166,8495 г

w%(Fe(NO3)3) = = 21,76 %

Пример 14. Теплота сгорания железа до оксида железа(II) равна 266,5 кДж/моль, а теплота сгорания железа до оксида железа(IIIкДж/моль. Чему равна DН°окисления FeO до 1 моля Fe2O3?

Решение.

-2 ½ Fe + 1/2O2 = FeO + 266,5 кДж (1)

+1 ½ 2Fe + 3/2O2 = Fe2O3 + 822 кДж (2)

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

2FeO + 1/2O2 = F2O3 (3)

DН = -2(266,5) + 822 = 289 кДж.

Пример 15. Теплота образования хлороводорода из простых веществ при стандартных условиях равна 92 кДж/моль. Рассчитайте энергию связи H—Cl в молекуле хлороводорода, если энергия связи в молекулах водорода и хлора составляет 436 и 242 кДж/моль соответственно.

Решение.

I способ

1/2H2 + 1/2Cl2 = HCl

DHх. р. = DH(H—Cl) – 1/2DH(Cl—Cl) – 1/2DH(H—H)

DH(H—Cl) = –92 + 1/2(–436) + 1/2(–242) = –431 кДж/моль

Энергия связи HCl равна 431 кДж/моль

II способ

1/2H2 + 1/2Cl2 = HCl – 92 кДж

Cl2 = 2Cl – 436 кДж

H2 = 2H – 242 кДж

НCl = H + Cl – E

Суммарную реакцию можно представить как комбинацию трех заданных реакций со следующими коэффициентами:

–1 1/2 1/2	1/2H2 + 1/2Cl2 = HCl + 92 кДж Cl2 = 2Cl – 436 кДж H2 = 2H – 242 кДж
HCl + 1/2H2 + 1/2Cl2 = 1/2H2 + 1/2Cl2 + H + Cl + (–92 – 436:2 – 242:2) кДж HCl = H + Cl – 431 кДж

Отсюда, энергия связи H—Cl равна: E(H—Cl) = 431 кДж/моль.

Пример 16. Энергия связи O—Cl в молекуле Cl2O равна 209 кДж/моль. Рассчитайте теплоту образования Cl2O из простых веществ при стандартных условиях, если энергии связей в молекулах O2 и Cl2 соответственно равны 498 и 242 кДж/моль.

Решение.

Cl2 + 1/2O2 = Cl2O;

DHх. р. = 2×(–209) – (1/2(–498) – 242) = 73 кДж

DH0298(Cl2O) = 73 кДж/моль; Q(Cl2O) = –73 кДж/моль.

Пример 17. При полном окислении некоторого количества сульфида алюминия выделилось 102,835 кДж теплоты. Рассчитайте массу образовавшегося оксида алюминия. Энтальпии (теплоты) образования реагентов и продуктов реакции см. в таблице.

Решение.

2Al2S3 + 9O2 = 2Al2O3 + 6SO2;

–509,0 0 –1675,0 –296,9 кДж/моль

DHх. р. = 6×(–296,9) + 2×(–1675,0) – 2×(–509) = –4113,4 кДж

Qх. р. = 4113,4 кДж

При окислении 1 моль A12S3 выделяется 2056,7 кДж теплоты.

n(Al2O3) = n(Al2S3) = 102,835 кДж : 2056,7 кДж = 0,05 моль

m(Al2O3) = 0,05 моль × 102 г/моль = 5,1 г.

Пример 18. Хлорат калия при нагревании разлагается по двум параллельным путям: с образованием кислорода и с образованием перхлората калия. При полном разложении 1 моль хлората калия выделилось 43,2 кДж теплоты. Какая часть хлората калия разложилась с выделением кислорода?

Теплоты образования KCl, KClO3 и KClO4 соответственно равны 430, 391 и 437 кДж/моль.

Решение.

x моль

KClO3 = KCl + 3/2O2;

1 моль 1,5 моль

Qх. р. = 430 – 391 = 39 кДж (на 1 моль KClO3)

(1-x) моль

4KClO3 = KCl + 3KClO4;

4 моль 3 моль

Qх. р. = 430 + 3×437 – 4×391 = 177 кДж (на 4 моль KClO3)

Qх. р. = 177 : 4 = 44,25 кДж/моль

39x + 44,25×(1-x) = 43,2; x = 0,2.

С выделением килорода разложилось 0,2 моль хлората калия (20 %).

Пример 19. При сгорании 2,8 г оксида углерода (II) выделяется 28,29 кДж теплоты, а при взаимодействии 5,4 г железа (II) с оксидом углерода (II) выделяется 1,065 кДж теплоты. Рассчитайте теплоту образования оксида железа (II).

Решение.

CO + 1/2O2 = CO2;

1 моль

28 г/моль

n(CO) = 2,8 г : 28 г/моль = 0,1 моль

Qх. р. = 28,29 кДж : 0,1 моль = 282,9 кДж/моль

FeO + CO = Fe + CO2;

1 моль

72 г/моль

n(FeO) = 5,4 г : 72 г/моль = 0,075 моль

Qх. р. = 1,065 кДж : 0,075 моль = 14,2 кДж/моль

–1	CO + 1/2O2 = CO2 + 282,9 кДж/моль; FeO + CO = Fe + CO2 + 14,2 кДж/моль;
	Fe + 1/2O2 = FeO

Qх. р. = 282,9 – 14,2 = 268,7 кДж/моль

DH0298(FeO) = –268,7 кДж/моль.

Пример 20. При полном сгорании раствора нитробензола и анилина в этиловом спирте с массовой долей нитробензола 37,16 % выделилось 2,24 л азота (н. у.). Тепловой эффект реакции составил 991,2 кДж. Определите массовые доли анилина и спирта в растворе, если известно, что теплоты сгорания нитробензола, анилина и этанола соответственно равны 3095, 3392 и 1370 кДж/моль. Какой объем 25 %-ного раствора NaOH (r = 1,28 г/мл) необходим для полного поглощения выделившегося оксида углерода (IV)?

Решение.

x моль 6x моль 0,5x моль

C6H5NO2 + 6,25O2 ® 6CO2 + 0,5N2 + 2,5H2O;

1 моль 6 моль 0,5 моль

123 г/моль 22,4 л/моль

y моль 6y моль 0,5y моль

C6H5NH2 + 7,5O2 ® 6CO2 + 0,5N2 + 3,5H2O;

1 моль 6 моль 0,5 моль

93 г/моль

z моль 2z моль

C2H5OH + 3O2 ® 2CO2 + 3H2O;

1 моль 2 моль

46 г/моль

n(N2) = 2,24 л : 22,4 л/моль = 0,1 моль

m(раствора) = 123x : 0,3716 = 331x (г)

3095x + 3392y + 1370z = 991,2

123x + 93y + 46z = 331x

0,5x + 0,5y = 0,1

x = 0,1; y = 0,1; z = 0,25.

m(раствора) = 331 × 0,1 = 33,1 г

w%(C6H5NH2) = 0,1 × 93 : 33,1 × 100 % = 28,10 %

w%(C2H5OH) = 0,25 × 46 : 33,1 × 100 % = 34,74 %

n(CO2) = 6 × 0,1 + 6 × 0,1 + 2 × 0,25 = 1,7 моль

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O;

1 моль 2 моль

40 г/моль

n(NaOH) = 2n(CO2) = 3,4 моль

V(NaOH р-р) = = 425 мл.

Пример 21. При полном окислении смеси кремния и алюминия выделилось 392,5 кДж теплоты. Для растворения такой же навески металлов потребовалось 87,5 мл 25 %‑ного раствора NaOH (r = 1,28 г/мл). Определите массовые доли металлов в смеси, если известно, что теплота образования оксида кремния равна 900 кДж/моль, а теплота образования оксида алюминия равна 1675 кДж/моль.

Решение.

x моль х моль Si + O2 = SiO2; 1 моль 1 моль 28 г/моль 60 г/моль

y моль 0,5y моль 4Al + 3O2 = 2Al2O3; 4 моль 2 моль 27 г/моль

x моль 2x моль Si + 2NaOH + 2H2O = Na2SiO3 + 2H2­; 1 моль 2 моль

y моль y моль 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2­; 1 моль 2 моль

n(NaOH) = (87,5 мл × 0,25 × 1,28 г/мл) : 40 г/моль = 0,7 моль

900x + 837,5y = 392,5 900x + 837,5y = 392,5

2x + y = 0,7 900x + 450y = 315

387,5y = 77,5

y = 0,2 моль x = 0,25 моль

m(смеси) = 0,25 моль × 28 г/моль + 0,2 моль × 27 г/моль = 12,4 г

w(Si) = 7 г : 12,4 г = 0,5,45 %)

w(Al) = 5,4 г : 12,4 г = 0,4,55 %)

Пример 22. Теплота сгорания пропанола-1 составляет 1887 кДж/моль, теплота сгорания пропанола-2 равна 1872 кДж/моль. Какое из этих соединений будет преобладать в равновесной смеси, образующейся при нагревании пропанола-2 в присутствии изомеризующего катализатора при 450ºC? Напишите уравнение процесса и ответ подтвердите расчетом.

Решение.

Как известно, теплота реакции равна сумме теплот сгорания исходных веществ за вычетом суммы теплот сгорания продктов реакции. Теплота реакции изомеризации

СН3СН(ОН)СН3 ⇄СН3СН2СН2ОН

равна 1872 – 1887 = – 15 кДж/моль. Это означает, что в этой реакции теплота поглощается; следовательно, пропанол-1 имеет большую энергию и является "энергетически менее выгодным". Поэтому в равновесной смеси будет преобладать пропанол-2.

Относительные количества двух веществ можно оценить по разнице энергий:

Это значит, что в равновесной смеси пропанола-2 в 12 раз больше, чем его изомера.

Пример 23. Пользуясь справочными данными, установить, возможно ли при температурах 298 и 2500 К восстановление диоксида титана до свободного титана углеродом. Вычислите температуру термодинамического равновесия. Зависимостью DНо и DSо от температуры пренебречь.

Решение. Записываем уравнение реакции и производим расчеты:

TiO2(к) + 2C(графит) = Ti(к) + 2CO(г)

–943,9 0 0 –110,5 DНо кДж/моль

–888,6 0 0 –137,1 DGо кДж/моль

50,3 5,7 30,6 197,5 DSо Дж/моль·К

DНох. р. = 2·(–110,5) – (–943,9) = 722,9 кДж

DGох. р. = 2·(–137,1) – (888,6) = 614,4 кДж

DSох. р. = [30,6 + 2(197,5)] – [2·(5,7) + 50,3] = 363,9 Дж/К =

= 0,3639 кДж/К.

Поскольку изменение энергии Гиббса больше нуля, то восстановление диоксида титана при 298 К невозможно.

Если DGoх. р.= 0, то система находится в равновесии. Вычислим температуру термодинамического равновесия: T = DH/DS

T = 722,9/0,3639 = 1986,5 К (1713,5 оС).

Теперь находим DGох. р. при 2500 К, пользуясь уравнением

DGo = DHo – T·DSo

DGо2500 = 722,9 – 2500·0,3639 = –186,9 кДж.

Таким образом, изменение энергии Гиббса меньше нуля, так что восстановление диоксида титана графитом при 2500 К возможно.

Пример 24. Вычислите изменение энергии Гиббса в реакции взаимодействия железа с раствором сульфата меди (II).

Решение.

CuSO4 + Fe ® Cu + FeSO4

Cu2+ + Feo –® Cu+ + Fe2+

65,61 0 0 –78,96 DGo, кДж/моль

DGoх. р. = –78,96–65,61 = –144,57 кДж, DGoх. р. < 0.

Пример 25. Какой из катионов: железа (II) или меди (II) более полно осаждает из раствора сульфид-ионы? Ответ подтвердите значениями произведения растворимости и изменением энергии Гиббса.

Решение.

Cu2+ + S2– = CuS Fe2+ + S2– = FeS

65,61 92,47 –53,6 –78,96 92,47 –100,8 DGo, кДж/моль

DGoх. р. = –211,68 кДж DGoх. р. = –114,31 кДж

ПР(CuS) = 6,3·10–36 ПР(FeS) = 5·10–18

Более полно осаждает из раствора сульфид–ионы катион меди (II), так как DGoх. р.(CuS) < DGoх. р.(FeS).

Пример 26. Энергия связи O—Cl в молекуле Cl2O равна 209 кДж/моль. Рассчитайте теплоту образования Cl2O из простых веществ при стандартных условиях, если энергии связей в молекулах O2 и Cl2 соответственно равны 498 и 242 кДж/моль.

Решение.

Cl2 + 1/2O2 = Cl2O;

DHх. р. = 2×(–209) – (1/2(–498) – 242) = 73 кДж

DH0298(Cl2O) = 73 кДж/моль; Q(Cl2O) = –73 кДж/моль.

Пример 27. Рассчитайте значение стандартной энергии Гиббса реакции Al3+ + S2– + H2O = Al(OH)3¯ + H2S­ по следующим термохимическим уравнениям:

Al3+ + 3OH– = Al(OH)3; DGх. р. = –196 кДж

2H+ + S2– = H2S; DGх. р. = –126,5 кДж

H+ + OH– = H2O; DGх. р. = –80,5 кДж

Решение.

Реакцию образования Al(OH)3 и H2S можно представить как комбинацию трех заданных реакций со следующими коэффициентами:

2 3 –6	Al3+ + 3OH– = Al(OH)3; DGх. р. = –196 кДж 2H+ + S2– = H2S; DGх. р. = –126,5 кДж H+ + OH– = H2O; DGх. р. = –80,5 кДж
	2Al3+ + 3S2– + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

DGх. р. = 2×(–196) + 3×(–126,5) – 6×(–80,5) = –288,5 кДж.

Пример 28. Рассчитайте значение энергии Гиббса в реакции взаимодействия перманганата калия с пероксидом водорода в присутствии серной кислоты.

Решение.

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5O2­ + K2SO4 + 8H2O;

2 5

MnO4– + 8H+ + 5e ® Mn2+ + 4H2O; ox red H2O2 – 2e ® O2 + 2H+; red ox

восст-е, ок-ль; E0 = 1,52 В окисление, в-ль; E0 = 0,682 В

2MnO4– + 16H+ + 5H2O2 ® 2Mn2+ + 5O2 + 10H+ + 8H2O;

2MnO4– + 6H+ + 5H2O2 ® 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O.

E = 1,52 – 0,682 = 0,838 В.

Для определения направления окислительно-восстановительной реакции необходимо найти ЭДС гальванического элемента, составленного из данного окислителя и восстановителя. ЭДС (E) ОВР равна:

E = E0(окислителя) – E0(восстановителя), где E0 — стандартные электродные потенциалы (данные найти в справочнике).

Если E>0, то данная реакция возможна при стандартных условиях. Для самопроизвольных реакций окисления-восстановления выполняется критерий DG0298 << 0 и, следовательно, (E0(ок-ля) – E0(в-ля)) >> 0.

DG0298 = –nFE, где n — число электронов, передаваемых от восстановителя к окислителю; F — постоянная Фарадея (96500 Кл/моль); E — ЭДС окислительно-восстановительной реакции.