Примеры составления условий задач и их решения. Вычислить тепловой эффект реакции при 298 К: 1) при Р = const;

Задача 240

Вычислить тепловой эффект реакции при 298 К: 1) при Р = const;

2) при J = const

2 Mg (к) + CO₂ (г) = 2 MgO (к) + С (графит).

Тепловой эффект образования веществ при стандартных условиях найти по данным табл. 3 приложения.

Решение:

Находим стандартные энтальпии образования СО₂ и MgO, которые равны соответственно -393,5 и -601,8 кДж/моль (напомним, что стандартные энтальпии образования простых веществ равны нулю). Тепловой эффект данной химической реакции рассчитываем по формуле:

DН^о₂₉₈ = кДж/моль.

По известному значению теплового эффекта реакции DН при постоянном давлении можно рассчитать тепловой эффект реакции DU при постоянном объеме: DU^о₂₉₈ = DH^o₂₉₈ - DnRT, где Dn – изменение числа молей газообразных продуктов реакции и исходных веществ (Dn = Sn прод. - Sn исх.вещ.).

Dn = -1. Значение R = 8,314 Дж/моль К. Т = 298 К.

DU^о₂₉₈ = -810,1 – (-1) кДж/моль.

Задача 244

Определить стандартную энтальпию образования (DН^о₂₉₈ обр.) РН₃, исходя из уравнения

2 РН₃ (г) + 4 O₂ (г) ® Р₂О₅ (к) + 3 Н₂О (ж) : DН^о = -2360,4 кДж.

Решение:

Согласно закону Гесса DН^о_х.р.= ).

Отсюда .

В таблице приложения находим стандартные энтальпии образования Н₂О (ж) и Р₂О₅ (к):

кДж/моль; = –1492,0 кДж/моль, учитывая, что = –2984,0 кДж/моль.

Находим :

= кДж/моль.

Задача 264

Вычислить, сколько моль СН₃ОН (н.у.) нужно сжечь, чтобы выделилось 2500 кДж тепла, исходя из уравнения:

СН₂ОН (ж) + 3/2 О₂ (г) ® СО₂ (г) + 2 Н₂О (ж).

Решение:

Решение данной задачи осуществляется по плану решения предыдущей задачи:

.

СН₃ОН (ж) + 3/2 О₂ (г) ® СО₂ (г) + 2 Н₂О (ж) + 726,78 кДж.

При сжигании 1 моль СН₃ОН выделяется 726,78 кДж тепла, а при сжигании Х моль СН₃ОН выделится 2500 кДж тепла:

Х = моль.

Для получения 2 500 кДж тепла необходимо сжечь 3,4 моль метилового спирта.

Задача 268

Используя термодинамические величины веществ, вычислить для реакции

Mg₃N₂ (к) + 6 H₂O (ж) « 3 Mg(OH)₂ (к) + 2 NH₃ (г)

изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса. Определить, в каком направлении возможно протекание реакции?

Решение:

Для расчета DG^o₂₉₈ воспользуемся уравнением

DG^о_х.р. = DН^о_х.р. – Т DS^о_х.р. .

Находим DН^о реакции:

;

DН^о_х.р.=[2 (-46,19) + 3 (-924,66)] – [461,1 + 6(-285,840] = -690,22 кДж/моль.

Аналогично вычисляем:

DS^o_x.p. =( ;

DS^o_x.p =(2×192,5 + 3,63,14) – (87,9 + 6×69,96) = 66,76 Дж/моль∙К.

Теперь находим DG^o химической реакции, используя в качестве единой энергетической единицы килоджоуль:

DG^o_x.p. = DH^o_x.p. – T DS^o_x.p.= кДж/моль.

Таким образом, DG^o_x.p. < 0, так что данная реакция термодинамически возможна (протекает слева направо).

Задача 280

Рассчитать приблизительно температуру, при которой устанавливается равновесие в системе

SiCl_{4 (г)} + 2 H_{2 (г)} « Si _(к) + 4 HCl _(г).

Решение: Находим DН^o реакции:

;

DН^o_x.p.= 4 (-92,4) – (-664,8) = 295,2 кДж/моль.

Аналогично вычисляем DS^o реакции:

DS^o_x.p.= (4S^o₂₉₈HCl _(г) + S^o₂₉₈Si_(к)) – ( )

DS^o_x.p.= (4×186,9 + 18,72) – (252,6 + 2×130,6) = 252,92 Дж/моль∙К.

В момент равновесия DG^o_x.p.= 0, тогда DН^o_x.p.= Т DS^o_x.p.

Откуда Т = = 1166,79 К.

В задачах (205–214) составить термохимическое уравнение. Термодинамические данные взять из табл. 3 прилож.

205. При соединении 4,2г железа с серой выделилась теплота, соответствующая

7,15 кДж.

206. При сжигании 6,5 г цинка выделилась теплота, соответствующая 34,8 кДж.

207. При соединении 18 г алюминия с кислородом выделяется 547 кДж теплоты.

208. Путем сжигания серы получено 32 г оксида серы (IV) и выделилась теплота,

соответствующая 146,4 кДж.

209. При сжигании 6,08 магния выделилась теплота, соответствующая 152,5 кДж.

210. При разложении 1 кг известняка затрачивается 1 568,6 кДж.

211. При сгорании 31 г фосфора выделилась теплота, соответствующая

753,14 кДж.

212. При растворении 200 г оксида меди в соляной кислоте выделилась теплота,

соответствующая 159,15 кДж.

213. При разложении 500 г гидроксида кальция затрачивается 742,04 кДж.

214. При сгорании 50 г окcида серы (IV) выделилась теплота, соответствующая

76,72 кДж.

В задачах (215–240) вычислить тепловой эффект реакции при 298 К:

1) при Р = const ; 2) при V = const. Тепловой эффект образования веществ при стандартных условиях найти в табл. 3 прил.

В задачах (241–250) определить стандартную энтальпию образования веществ, подчеркнутых в уравнениях реакций. Термодинамические данные взять из табл. 3 прил.

В задачах (251–257) вычислить, сколько тепла выделится при полном сгорании 1 м³ газообразного вещества до SO_{2 (г)}, Н₂О _(ж), СО_{2 (г)}, В₂О_{3 (к)}, As₂О_{3 (к)}

В задачах (258–266) вычислить, сколько молей веществ, подчеркнутых в уравнениях реакций, прореагировало или образовалось в результате химических превращений, если при этом выделилось 2500 кДж тепла

В задачах (267–276), используя термодинамические величины веществ, вычислить для химических реакций изменения энтальпии, энтропии и энергии Гиббса. Определить, в каком направлении возможно протекание реакций

В задачах (277–284) рассчитать приблизительно температуру, при которой устанавливается равновесие в обратимых химических реакциях