Задачи по химической термодинамике (стр. 4 )

CaCO3(кр) ↔ CaO(кр) + CO2(г).

9-6. Оксид ртути диссоциирует по реакции

2HgO(кр) ↔ 2Hg(г) + O2(г).

При 420°С давление газов равно 5,16 ∙104 Па, а при 450°С оно составляет 10,8 ∙104 Па. Рассчитайте константы равновесия реакции при двух температурах и стандартную энтальпию реакции.

9-7. При диссоциации NH4Cl при 427°С давление пара равно 608 кПа, а при увеличении температуры до 459°С оно составляет 1115 кПа. Рассчитайте константы равновесия реакции при двух температурах и стандартную энтальпию реакции.

9-8. Давление диссоциации магнезита при 813 К равно 9,959∙104 Па, а при 843 К – 17,865∙104 Па. Определите тепловой эффект реакции диссоциации

MgCO3(кр) ↔ MgO(кр) + CO2(г).

Рассчитайте, при какой температуре давление диссоциации станет равным 1,0133∙105 Па.

9-9. Константа равновесия для системы

N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) + 92,51 кДж

при 823 К и 1,013∙107 Па равна 7,144∙10−14. Определите константу равновесия при температуре 850 К.

9-10. Для реакции

2СО2(г) ↔ 2СО(г) + О2(г)

Кр = 4,044∙10−15 Па при 1000К. Вычислите константу равновесия этой реакции при 2000К, если среднее значение теплового эффекта Qр = 561,3 кДж∙моль−1.

9-11. Определите константу равновесия Кр реакции

SO2(г) + ½ О2(г) ↔ SO3(г)

при температуре 700К, если при 500К Кр = 588,9 Па-0,5,а тепловой эффект реакции в этом температурном интервале равен 99,48 кДж∙моль−1.

9-12. Константа равновесия для системы

SO2(г) + ½ О2(г) ↔ SO3(г) + 94,27 кДж

при 1000 К равна 5,845∙10-3 Па-0,5. Определите константу равновесия Кс при температуре 975 К.

9-13. Константа равновесия для системы

2СO(г) ↔ С(графит) + СО2(г)

при 1000 К равна 8,1∙10-8 Па−1. Определите константу равновесия Кс при температуре 1060 К. если тепловой эффект реакции в этом интервале температур равен 109,5 кДж∙моль−1.

9-14. Для реакции

N2O4(г) ↔ 2 NO2(г)

константа равновесия при 0°С равна 1,56∙103 Па, а при 18,3°С −7,35∙103 Па. вычислите константу равновесия этой реакции при 25°С.

9-15. Для реакции

SO2(г) + ½ О2(г) ↔ SO3(г) + 94,27 кДж

константа равновесия при 900К Кр = 2,043∙10−2 Па-0,5, а при 950К Кр = 1,062∙10−2 Па-0,5. Определите значение константы равновесия при 930К.

9-16. Давление диссоциации кальцита при 1150 К равно 0,699∙105 Па. Теплота диссоциации равна 167360 Дж∙моль−1. Определите температуру, при которой давление диссоциации кальцита равно 1,013∙105 Па.

9-17. Давление диссоциации оксида свинца (II) при 600 К равно 9,525∙10−26 Па, а при температуре 800 К – 2,33∙10−16 Па. Определите температуру, при которой оксид свинца (II) будет разлагаться на воздухе.

9-18. Йодоводород диссоциирует при нагревании до температуры 280°С на 17,8%, а при нагревании до 520°С – на 24,48%. Определите степень диссоциации йодоводорода при температуре 300°С.

9-19. Степень диссоциации пентахлорида фосфора при 473 К и 1,013∙105 Па равна 0,485, а при 523К и том же давлении −0,8. Рассчитайте средний тепловой эффект реакции

PCl5(г) ↔ PCl3(г) + Cl2(г)

при постоянном давлении в интервале температур от 473 до 523К.

9-20. Тепловой эффект реакции

PCl5(г) ↔ PCl3(г) + Cl2(г)

в температурном интервале от 475 до 575 К равен 91546 Дж. Степень диссоциации пентахлорида фосфора при 475 К и 1,013∙105 Па равна 0,428. Определите степень диссоциации пентахлорида фосфора при 575 К.

9-21. Фосген диссоциирует по уравнению:

COCl2(г) ↔ CO(г) + Cl2(г)

При температуре 300°С и давлении 1,013∙105 Па степень диссоциации фосгена равна 3,9%, а при температуре 500°С и том же давлении степень диссоциации равна 55%. Рассчитайте средний тепловой эффект реакции в указанном интервале температур.

9-21. Энтальпия образования Mn3O4 равна −1387,69 кДж∙моль−1. Определите температуру, при которой оксид разложится на простые вещества при нагревании на воздухе. Давление диссоциации Mn3O4 при 450°С равно 6,655∙10−36 Торр.

9-22. Для реакции

Fe3O4(кр) + 4CO(г) ↔ 3Fe(кр) + 4CO2(г)

при 1091 К Кр = 2,49, а при температуре 1312 К Кр = 4,5. Рассчитайте тепловой эффект процесса восстановления Fe3O4. При какой температуре константа равновесия Кр = 5,4?

9-23. Железо и водяной пар реагируют по уравнению:

FeO(кр) + Н2O(г) ↔ Fe(кр) + Н2(г).

Температура реакции 1025°С, давление 1,013∙105 Па. При установлении равновесия парциальное давление водорода равно 427 Торр, а парциальное давление водяного пара – 333 Торр. При температуре реакции 900°С парциальные давления водяного пара и водорода равны 310 и 450 Торр соответственно. Рассчитайте средний тепловой эффект реакции в этом интервале температур.

9-24. Константа равновесия реакции

C(кокс) + CO2(г) ↔ 2CO(г)

при температуре 1000К равна 1,886∙105 Па. Определите состав газовой фазы при общем давлении 5,07∙105 Па. Вычислите состав газовой фазы при повышении температуры на 200К, учитывая что тепловой эффект реакции в интервале температур 1000-1200К равен 169,7 кДж∙моль−1.

10. Расчет константы равновесия методом Темкина − Шварцмана

1.  Запишите в тетрадь уравнение реакции вашего варианта (см. табл. вариантов).

2.  Составьте таблицу термодинамических данных по форме:

Веще-ство	Термодинамические свойства
∆H0 f,298, кДж/моль	S0298, Дж/(моль∙К)	∆G0 f,298, кДж/моль	Коэфф-ты в уравнении С = f(T)
a	b	c′	c
	∆H0298	ΔS0298	∆G0298	Δa	Δb	Δc′	Δc

3.  Рассчитайте изменение стандартной энтальпии ∆H0298 (тепловой эффект), изменение стандартной энтропии ∆S0298 и изменение стандартной энергии Гиббса ∆G0298 химической реакции при температуре 298К.

4.  Рассчитайте изменение стандартной энтальпии (тепловой эффект) и изменение стандартной энтропии химической реакции при температурах, указанных в таблице вариантов, используя интегральные уравнения:

∆H0T = ∆H0298 + ; ∆S0T = ∆S0298 + .

5.  Рассчитайте изменение теплоемкости в ходе химической реакции ∆СР при температуре 298 К и при температурах, указанных в таблице вариантов.

6.  Постройте графики зависимостей ∆H0T = f (T) и ∆СР = f(T) на миллиметровой бумаге.

7.  Вычислите константу равновесия Кa заданной реакции при температуре 298К, используя уравнение изотермы химической реакции для стандартных условий

ln Ka,298 = – ∆G0298/RT;

8.  Вычислите константы равновесия Кa заданной реакции при температурах, указанных в таблице вариантов, используя метод Темкина и Шварцмана:

lnКa = − + + (∆a∙M0 + Δb∙M1 + Δc∙М2 + Δc′∙М−2).

9. Постройте график зависимости ln Ka = f(T) на миллиметровой бумаге.

10.  По результатам расчетов и графических построений сделайте выводы. В выводах укажите знаки ∆H0T, ∆S0T, ∆G0Т, возможность самопроизвольного протекания реакции при заданных температурах, характер изменения этих термодинамических функций. Проанализируйте характер изменения константы равновесия (lnКa) с ростом температуры, отметьте взаимосвязь между знаком ∆H0298 и зависимостью ln Kа = f(T). Сравните характер зависимостей ∆H0T = f (T) и ∆СР = f(T) и сделайте вывод о взаимосвязи между ними.

Таблица вариантов

№ вар.	Уравнение реакции	Интервал темп-р, К	Значения температур, К
1	N2(г) + O2(г) = 2NO(г)	298 − 2500	500,1000,1500,2000, 2500
2	2 NO(г) + O2(г) = 2NO2(г)	298 − 1500	500, 750,1000,1250,1500
3	N2O(г) + H2(г) = H2O(г) + N2(г)	298 − 2000	500, 800,1200,1600, 2000
4	N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
5	4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
6	4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
7	2 CO(г) + O2(г) = 2 CO2(г)	298 − 3000	500,1000,1500,2000, 2500
8	PCl3(г) + Cl2(г) = PCl5(г)	298 − 1000	400,500, 600,800, 1000
9	CO2(г) + H2(г) = CO(г) + H2O(г)	298 − 2500	500,1000,1500,2000, 2500
10	2SO2(г) + O2(г) = 2SO3(г)	298 − 1300	500, 700,900, 1100, 1300
11	S2(г) + 2O2(г) = 2SO2(г)	298 − 2000	500, 800,1200,1600, 2000
12	S2(г) + 3O2(г) = 2SO3(г)	298 − 2000	500, 800,1200,1600, 2000
13	H2(г) + Cl2(г) = 2HCl(г)	298 − 3000	500,1000,1500,2000, 2500
14*	H2(г) + Br2(г) = 2HBr(г)	298 − 1600	500, 800,1000,1300,1600
15*	H2(г) + I2 (г) = 2HI(г)	298 − 2000	500, 800,1200,1600, 2000
16	H2(г) + F2(г) = 2HF(г)	298 − 2500	500,1000,1500,2000, 2500
17	2H2(г) + S2(г) = 2H2S(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
18	2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г)	298 − 3000	500,1000,1500,2000, 2500
19	CS2(г) + 3O2(г) = CO2(г) + 2SO2(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
20	CS2(г) + 4H2(г) = 2H2S(г) + CH4(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
21	2СO(г) + S2(г) = 2COS(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
22	CH4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(г)	298 − 1500	500, 750,1000,1250,1500
23	CH4(г) + CO2(г) = 2CO(г) + 2H2(г)	298 − 1500	500, 750,1000,1250,1500
24	CH4(г) + 2H2O(г) = 2CO2(г) + 4H2(г)	298 − 1500	500, 750,1000,1250,1500
25	2CH4(г) + 3O2(г) = 2CO(г) + 4H2O(г)	298 − 1500	500, 750,1000,1250,1500
26	2CH4(г) + O2(г) = 2CO(г) + 4H2(г)	298 − 1500	500, 750,1000,1250,1500
27	CH4(г) + 2S2(г) = CS2(г) + 2H2S(г)	298 − 1500	500, 750,1000,1250,1500
28	2H2S(г) + 3O2(г) = 2SO2(г) + 2H2O(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
29	2H2S(г) + O2(г) = S2(г) + 2H2O(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
30	SO2(г) + NO2(г) = SO3 (г) + NO(г)	298 − 1300	500, 700,900, 1100, 1300
31	4CO(г) + 2SO2(г) = S2(г) + 4CO2(г)	298 − 1800	600, 900,1200,1500,1800
32	4HF(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2F2(г)	298 − 2000	500, 800,1200,1600, 2000
33	4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Cl2(г)	298 − 3000	500,1000,1500,2000, 2500
34*	4HBr(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Br2(г)	298 − 1600	500, 800,1000,1300,1600
35*	4HI(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2I2(г)	298 − 2000	500, 800,1200,1600, 2000

*Примечание: обратите внимание на то, что Br2(г) и I2(г) при заданных условиях находятся в неустойчивом агрегатном состоянии (∆H 0f,298(Br2(г)) ≠ 0 и ∆H 0f,298(I2(г)) ≠ 0).