Методические указания и контрольные задания по химии для студентов заочного обучения инженерно-технических (нехимических) специальностей (стр. 5 )

31. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением:

; Н

Вычислить тепловой эффект реакции, если известно, что мольная теплота парообразования равна ( + 42,36 кДж) и известны теплоты образования: , , .

32. Значения энтальпии растворения в воде и составляют соответственно (-25,10 и + 66,94 кДж). Вычислите энтальпию гидратации.

33. Найдите теплоту сгорания алмаза, если стандартная теплота сгорания графита составляет -393,51 кДж, а теплота фазового перехода равна + 1,88 кДж.

34. Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа.

35. Теплота растворения равна +8.66 кДж/моль, а теплота гидратации этой соли при переходе в составляет +29,16 кДж/моль. Какова теплота растворения ?

36. Вычислите хлорида аммония, если для реакции

= -176,93 кДж/моль.

37. При растворении 16 г в воде выделяется 31,3 кДж теплоты. Определите стандартную теплоту образования .

38. Какое количество теплоты выделяется при превращении 1 кг красного фосфора в черный, если = -18,41 кДж/моль;

= -43,20 кДж/моль?

39. При сгорании 9,3 г фосфора выделяется 229,5 кДж теплоты. Рассчитайте оксида фосфора (V).

40. Сколько теплоты выделится при разложении 54 г глюкозы по реакции: ,

если = -1273,0 кДж/моль; = -393,5 кДж/моль.

1.3. Химическое сродство

Для решения задач этого раздела рекомендуем воспользоваться литературой 6, 8, 10, 16 и таблицами 2, 3.

Первый закон термодинамики не позволяет определить, в каком направлении процесс может протекать самопроизвольно.

Критерием самопроизвольного протекания реакции в изолированной системе служит функция состояния S, названная Р. Клаузиусом энтропией. Самопроизвольные процессы могут идти только с увеличением энтропии и будут идти до тех пор, пока система не перейдет в равновесное состояние и энтропия не достигнет максимального для данных условий значения. На основе постулата Планка рассчитано абсолютное значение энтропии многих простых веществ, химических соединений и приведено в справочной литературе (при стандартных условиях). С помощью справочных данных можно рассчитать изменение энтропии, происходящее при химической реакции по следствию из закона Гесса:

;

где – стандартная энтропия вещества, n – cтехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Пример 1. Определите возможность протекания реакции:

в изолированной системе.

Решение: Используя значения стандартных энтропий веществ (табл. 2) рассчитаем стандартную энтропию реакции:

= 223,0 + 188,74 – (2 · 186,7 + 0,5 · 205,03) = - 64,175Дж

В результате реакции энтропия уменьшилась и, следовательно, процесс в изолированной системе самопроизвольно протекать не может.

В природе и технике большинство химических процессов протекают в неизолированных системах, то есть в условиях теплообмена с окружающей средой. В этих системах критерием направленности процесса служит изменение термодинамических потенциалов G, F.

G – энергия Гиббса для условий p = соnst и Т = const;

F – энергия Гельмгольца для условий V = const и Т = const.

Изменение энергии Гиббса (G) характеризует максимально полезную работу процесса и указывает на возможное самопроизвольное его протекание. Самопроизвольным является всякий процесс, в результате которого, энергия системы уменьшается (G < 0). Когда система достигает положения равновесия, G принимает минимальное значение, а G становится равным нулю. Изменение энергии Гиббса включает в себя как энтальпийный (), так и энтропийный () факторы. Для расчета используется соотношение:

;

Термодинамические потенциалы G и F можно также рассчитать с помощью следствия из закона Гесса с использованием стандартных величин и (табл. 2).

Пример 2. Определите возможность протекания реакции:

в системе при стандартных условиях и при температуре 1000 К. Установить температуру, при которой система будет находиться в равновесии.

Решение: =

Воспользуемся результатами решения предыдущих примеров:

-57240 - 298 · (-64,175) = -38115Дж

Для приближенных расчетов можно принять:

= -57240 – 1000 · (-64,175) = 6935 Дж

При равновесии:

G = 0 ; = - 57240 Дж; = -64,175 Дж

T = =

Таким образом, при стандартных условиях реакция возможна, так как G < 0; при температуре 1000 К реакция самопроизвольно протекать не может G > 0; реакция протекает при Т = 892 К.

Контрольные вопросы

41. Вычислите изменение энтропии в результате реакции образования аммиака из азота и водорода. При расчете можно исходить из соответствующих газов. Чем можно объяснить отрицательное значение S? 42. Определите реакции, протекающей по уравнению: Вычисления сделайте на основании стандартных теплот образования и стандартных энтропий соответствующих веществ. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях.
43. Эндотермическая реакция взаимодействия метана с диоксидом углерода протекает по уравнению: При какой температуре начнется реакция?
44. Вычислите стандартные значения для реакций: и определите, какой из карбонатов обладает большей термической устойчивостью?
45. Вычислите возможность протекания при стандартных условиях реакции:
46. Вычислите изменение энергии Гиббса при для процесса: зная и метана.
47. В каком направлении нижеприведенная реакция будет протекать самопроизвольно: Необходимые для расчета реагирующих веществ взять из справочной литературы.
48. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления:
49. Образование сероводорода из простых веществ протекает по уравнению Исходя из значений соответствующих веществ определите и для этой реакции в стандартных условиях.
50. Вычислите возможность протекания при стандартных условиях реакции:
51. Вычислите изменение энергии Гиббса при для процесса: , зная и , сделать вывод о возможности протекания самопроизвольного процесса.
52. Вычислите значения , для процесса: , и составьте ряд термической стабильности карбонатов
53. Какие из приведенных реакций протекают самопроизвольно и являются экзотермическими:
54. Укажите, какая из двух реакций будет протекать самопроизвольно:
55. В каком направлении ниже приведенная реакция будет протекать самопроизвольно: Рассчитать с использованием веществ.
56. На основании значений и веществ вычислите 0 для следующих процессов: Укажите, в каком направлении эти реакции будут протекать, приближаясь к равновесию.
57. Определить стандартное изменение энтропии при для следующих реакций: Сделать вывод о возможности самопроизвольного протекания реакций.
58. Для каких оксидов принципиально осуществима реакция восстановления водородом в стандартных условиях, выводы сделайте на основании расчета
59. Пользуясь значениями и вычислить реакций: Сделать вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции.
60. Реакция горения ацетилена протекает по уравнению: Вычислите и и объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

1.4. Химическая кинетика

Для решения задач этого раздела рекомендуем воспользоваться литературой 6, 7, 9.