IV. Тепловые эффекты химических реакций. Термохимические уравнения и расчёты

Раздел химии, изучающий тепловые эффекты реакций и переходы из одного агрегатного состояния в другое, называется термохимией.

Тепловым эффектом (Q)называют количество теплоты, которая выделяется или поглощается в ходе протекания реакции.

Химические реакции, сопровождающиеся выделением тепла, называются экзотермическими (+Q),поглощением тепла - эндотермическим (-Q).

Уравнения реакций с указанием агрегатного состояния веществ и теплового эффекта называются термохимическими уравнениями.

Теплота, которая соответствует образованию одного моля вещества из простых веществ (устойчивых в стандартных условиях), называется теплотой образованияданного вещества и измеряется в кДж/моль.

Теплотой сгоранияназывается тепловой эффект реакции взаимодействия одного моля вещества с кислородом с образованием высших стабильных оксидов (Н₂О, СО₂ и т.д.).

Теплотворной способностью топливаназывают тепловой эффект реакции сгорания единицы массы (1 кг) для твёрдых и жидких видов топлива или единицы объёма (1 м³) для газообразного топлива.

Внутренняя энергия вещества- полная энергия частиц, составляющих данное вещество. Она слагается из кинетической и потенциальной энергий частиц.

Кинетическая энергия— энергия поступательного, колебательного и вращательного движения частиц.

Потенциальная энергияобусловлена силами притяжения и отталкивания, действующими между частицами.

Закон Гесса(1840 г.).Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Энтальпия— мера энергии, накапливаемая веществом при его образовании.

Энтальпия растворения вещества -изменение энтальпии при растворении 1 моля этого вещества в данном растворителе.

Энтальпийный (энергетический) фактор -стремление системы к понижению потенциальной энергии.

Энтропия- количественная мера беспорядка.

Энтропийный фактор- стремление системы к возрастанию энтропии.

Энтальпия ΔН = ∑(ΔН_обр)_кон -∑(ΔН_обр)_исх.

Энтропия S = ∑(Δ S_o6p)_npod -∑(ΔS_o6p)_ucx.

Энергия Гиббса ΔG = ∑(ΔG_обр)_кон - ∑(ΔG_обр)_исх; ΔG = ΔН- Т ΔS.

Стандартное изменение энергии Гиббса реакции связано с константой равновесия реакции уравнением: ΔG° = -2,3 RT lgK_p.

Отрицательное значение ΔG реакции указывает на возможность её протекания.

76. Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении Fe₂O₃
металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа?

77. Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н. у.) ацетилена?

78. При взаимодействии 2,8 г железа с серой выделяется 82 кДж теплоты.
Рассчитайте теплоту образования сульфида железа.

79. При образовании одного моля диоксида серы выделяется 300 кДж тепла.
Рассчитайте количество теплоты, выделяющейся при горении 8 г серы.

80. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота.
Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в
пересчёте на нормальные условия?

81. Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим
уравнением: СН₃ОН(ж) + 3/2О₂(г) = СО₂(г) + 2Н₂О(ж). Вычислите тепловой

эффект этой реакций, если известно, что мольная теплота образования СН₃ОН(ж) равна -238,6 кДж.

82. Вычислите теплоту образования озона из молекулярного кислорода, используя следующие данные:

As₂O₃ + О₂ = As₂O₅ + 271 кДж (1); 3As₂O₃ + 2О₃ = 3As₂O₅ + 1096 кДж (2).

83. Вычислите теплотворную способность (в кДж/кг) серы, содержащей 4%
негорючих примесей, если теплота образования SO₂ составляет 297 кДж/моль.

84. Составьте термохимическое уравнение реакции сгорания серы, если известно, что при сгорании серы получили 16 г диоксида серы и при этом выделилось 73,15 кДж тепла.

85. Вычислите, сколько выделится теплоты при сгорании серы массой 12 г,
если термохимическое уравнение реакции горения серы имеет вид
S(тв) + О₂(г) = SO₂(r) + 296,9 кДж?

86. Восстановление диоксида свинца водородом протекает по уравнению
РbО₂(тв) + Н₂(г) = РbО(тв) + Н₂О(г) + 182,8 кДж. Какое количество теплоты
выделится или поглотится, если в реакцию вступило 3,36 л водорода при
нормальных условиях?

87. Рассчитайте количество теплоты, выделившееся при образовании аммиака
объёмом 448 л (н. у.), если протекает реакция:

ЗН₂(г) + N₂(r) = 2NH₃(r) + 92 кДж.

88. Составьте термохимическое уравнение, если при сгорании алюминия массой 28 г в избытке кислорода выделяется 869 кДж теплоты.

89. Вычислите ΔН⁰, ΔS⁰ и ΔG°_T реакции, протекающей по уравнению
Fе₂О₃ + 3С = 2Fe + 3СО. Возможна ли реакция восстановления Fе₂О₃ углеродом
при температурах 500 и 1000К?

90. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ, вычислите ΔG₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению NH₃(r) + НС1(г) = МН₄С1(к). Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

91. При какой температуре наступает равновесие системы

СО(г) + 2Н₂(г) ↔ СН₃ОН(ж); ΔН= -128,05 кДж?

92. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением:
С₂Н₆(г) + 3х1/2О₂ = 2СО₂(г) + 3Н₂О(ж); ΔН_х.р.= -1559,87 кДж. Вычислите
теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО₂(г) и Н₂О(ж).

93. Исходя из теплоты образования газообразного диоксида углерода
(ΔН⁰ = -393,5 кДж/моль) и термохимического уравнения

С(графит) + 2N₂O(r) = СО₂(г) + 2N₂(r); ΔH° = -557,5 кДж вычислите теплоту образования N₂O(r).

94. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных
энтропии соответствующих веществ вычислите ΔG⁰₂₉₈ реакции, протекающей
по уравнению СО₂(г) + 4Н₂(г) = СН₄(г) + 2Н₂О(ж). Возможна ли эта реакция
при стандартных условиях?

95. При какой температуре наступит равновесие системы

4НСl(г) + 0₂(г) ↔ 2Н₂О(г) + 2С1₂(г); ΔН = -114,42 кДж?

96. Укажите, какие из двух реакций будет протекать самопроизвольно:

1) Fе(к) + А1₂О₃(к) = А1(к) + Fе₂О₃(к);

2) А1(к) + Fе₂О₃(к) = Fе(к) + А1₂О₃(к)?

97. Определите тепловой эффект реакции 1/2N₂ + 1/2О₂ = NO, используя значения ΔG°_NO и S°₂₉₈ реагирующих веществ.

98. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция Н₂(г) + СО₂(г) = СО(г) + Н₂О(ж); ΔН = -2,85 кДж? Зная тепловой эффект реакции, определите ΔG⁰₂₉₈этой реакции.

99. Вычислите ΔН⁰, ΔS⁰ и ΔG°_T реакции, протекающей по уравнению

ТiO₂(к) + 2С(к) = Тi(к) + 2СО(г). Возможна ли реакция восстановления ТiO₂ углеродом при температурах 1000 и 3000К?

100. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных
энтропии соответствующих веществ вычислите ΔG°₂₉₈ реакции, протекающей
по уравнению СО(г) + ЗН₂(г) = СН₄(г) + Н₂О(г). Возможна ли эта реакция при
стандартных условиях?