Примеры решения задач. В результате реакции, термохимическое уравнение которой:

Пример 1.

В результате реакции, термохимическое уравнение которой:

4NO₂ + O₂ = 2N₂O₅ + 109,4 кДж

выделилось 27350 Дж теплоты. Рассчитать массу затраченного кислорода и объем израсходованного оксида азота (IV) (при н.у.).

Решение:

Выделение или поглощение теплоты в ходе реакции происходит в строго эквивалентных количествах, поэтому:

При участии 4 моль NO₂ выделяется 109400 кДж теплоты,

А при участии х моль NO₂ - 27350 кДж теплоты:

Отсюда х равен: х = 4∙27350/109400 = 1 моль.

Объем оксида азота (IV) при н.у. может быть найден по формуле: V = n ∙ V_m.

V(NO₂) = 1 ∙ 22,4 = 22,4 л.

Составим пропорцию для нахождения массы кислорода:

1 моль О₂ – 109400 кДж теплоты;

х моль О₂­ – 27350 кДж теплоты.

Отсюда: х = 1 ∙ 27350 / 109400 = 0,25 моль.

Масса кислорода: m(O₂) = n ∙ M = 0,25 ∙ 32 = 8 г.

Ответ: Масса затраченного кислорода равна 8 г, а объем оксида азота 22,4 л.

Пример 2.

Рассчитать стандартную энтальпию сгорания этанола, если известно, что при сгорании 4,6 г спирта выделяется 137 кДж теплоты.

Решение:

Тепловой эффект реакции (теплота) и энтальпия равны по значению, но притивоположны по знаку, следовательно, энтальпия сгорания 4,6 г спирта составляет -137 кДж.

По определению, стандартная энтальпия сгорания, это энтальпия сгорания 1 моль вещества. Определим, сколько моль составляет 4,6 г спирта:

n = m / M = 4,6 / 46 = 0,1 моль.

Составим пропорцию:

Энтальпия сгорания 0,1 моль составляет -137 кДж;

А энтальпия сгорания 1 моль - х кДж;

Отсюда: х = 1 ∙ (-137) / 0,1 = -1370 кДж.

Ответ: - 1370 кДж/моль.

Пример 3.

При образовании 134 г СО₂ выделилось 787 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию сгорания углерода.

Решение:

Образование углекислого газа и сгорания углерода до высшего оксида – это одна и та же реакция:

С + О₂ = СО₂,

энтальпия которой и является стандартной энтальпией сгорания С и стандартной энтальпией образованияСО₂.

Поэтому определим по имеющимся данным стандартную энтальпию образования СО₂, т.е. энтальпию образования 1 моль СО₂. Учтем, что энтальпия и тепловой эффект реакции равны по величине, но противоположны по знаку.

Рассчитаем количество вещества СО₂: n = m / M = 134 / 44 = 3 моль.

Составим пропорцию:

Энтальпия образования 3 моль СО₂ составляет -787 кДж,

а энтальпия образования 1 моль СО₂ – х кДж;

Отсюда: х = 1 ∙ (-787) / 3 = -262,3 кДж.

Ответ: Энтальпия сгорания С равна - 262,3 кДж/моль.

Пример 4.

Определить тепловой эффект реакции синтеза диэтилового эфира, применяемого в медицине для наркоза, при 298К;

2С₂Н₅ОН(ж) = С₂Н₅ОС₂Н₅(ж) + Н₂О (ж),

если известны стандартные энтальпии сгорания веществ, участвующих в реакции:

ΔН⁰_с (С₂Н₅ОС₂Н₅(ж)) = -2727 кДж/моль;

ΔН⁰_с (С₂Н₅ОН(ж)) = -1371 кДж/моль;

ΔН⁰_с (Н₂О(ж)) = 0 кДж/моль.

Решение:

Используя второе следствие из закона Гесса, получим:

ΔН⁰_r = [2ΔН⁰_с (С₂Н₅ОН(ж))] - [ΔН⁰_с (С₂Н₅ОС₂Н₅(ж)) + ΔН⁰_с (Н₂О(ж))] = [2(-1371)] - [(-2727) + 0] = - 15 кДж/моль.

Ответ: ΔН⁰_r = - 15 кДж/моль – процесс экзотермический.

Пример 5.

Вычислить энергию Гиббса тепловой денатурации трипсина при 50°С, если DН⁰₂₉₈ = 283 кДж/моль, DS⁰₂₉₈ = 288 Дж/моль∙К. Протекает ли эта реакция в данных условиях? Считать, что энтальпия и энтропия в данном интервале температур являются постоянными.

Решение:

Согласно уравнению Гиббса – Гельмгольца: DG⁰_T = DН⁰_T - TDS⁰_T:

DG⁰₃₂₃ = 283 кДж/моль - 323∙288∙10^-3 кДж/моль = 190 кДж/моль.

Ответ: DG⁰₃₂₃ = 190 кДж/моль > 0, реакция самопроизвольно не протекает.