Методические указания, программа, решение типовых задач и контрольные задания для студентов заочного отделения инженерно-технических специальностей Санкт-Петербург (стр. 10 из 33)
83.Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:
FeO(к) + СО(г) = Fe(к) + СО2(г); DН = -13,18 кДж.
СО(г) + ½О2(г) = СО2(г); DН = -283,0 кДж.
Н2(г) + ½О2(г) = Н2О(г); DН = -241,83 кДж.
Ответ: +27,99 кДж.
84.При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод СS2(г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: +65,43 кДж.
85.Напишите термохимическое уравнение реакции между СО(г) и водородом, в результате которой образуются СН4(г) и Н2О(г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 618,48 кДж.
86.Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования NO? Вычислите теплоту образования NO, исходя из следующих термохимических уравнений:
4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6 H2O(ж); DН = -1168,80 кДж.
4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6 H2O(ж); DН = 1530,28 кДж.
Ответ: 90,37 кДж.
87.Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия? Ответ: 78,97 кДж.
88.Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплоту образования метана, исходя из следующих термохимических уравнений:
Н2(г) + 1/2О2(г) = Н2О(ж); DН = -285,84 кДж.
С(к) + О2(г) = СО2(г); DН = -393,51 кДж.
СН4(г) + 2О2(г) = 2Н2О(ж) + СО2(г); DН = -393,51 кДж.
Ответ: -74,88 кДж.
89.Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:
Са(к) + 1/2О2(г) = СаО(к); DН = -635,60 кДж.
Н2(г) + 1/О2(г) = Н2О(ж); DН = -285,84 кДж.
СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к); DН = -65,06 кДж.
Ответ: -986,50 кДж.
90.Тепловой эффект какой реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С6Н6(ж). Ответ: +49,03 кДж.
91.Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена С2Н2, если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды? Ответ: 924,88 кДж.
92.При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия? Ответ: 452,37 кДж.
93.Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением:
СН3ОН(ж) + 3/2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(ж); DН = ?
Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН3ОН(ж) равна +37,4 кДж. Ответ: -726,62 кДж.
94.При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н5ОН(ж). Ответ:
-277,67 кДж/моль.
95.Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:
С6Н6(ж) + 71/2О2(г) = 6СО2(г) +ЗН2О(г); DН = ?
Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж. Ответ: -3135,58 кДж.
95. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моль этана С2Н6(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м3 этана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 63742,86 кДж.
97. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:
4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6Н20(ж); DН = -1530,28 кДж.
Вычислите теплоту образования NH3(г). Ответ: -46,19 кДж/моль.
98.При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS. Ответ: -100,26 кДж/моль.
99.При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н2 (г). Ответ: 226,75 кДж/моль.
100. При получении эквивалентной массы гидроксида кальция из СаО(к) и Н2О(ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: -635,6 кДж.
При решении задач этого раздела см. табл. 5-7.
Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.
Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре проходит с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации), к уменьшению Н; с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением, а вторая – с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.
Энтропия S, так же как внутренняя энергия U, энтальпия И, объем V и др., является свойством вещества, пропорциональным его количеству. S, U, H, V обладают аддитивными свойствами, т.е. при соприкосновении системы суммируются. Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы: конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т.п., – ведут к уменьшению энтропии. Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (DS) зависит только от начального (S1) и конечного (S2) состояния и не зависит от пути процесса:
(2)
Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка »ТDS. Энтропия выражается в Дж/(моль • К). Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух сил: стремления к упорядочению (Н) и стремления к беспорядку (TS). При р = const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают DG, можно найти из соотношения:
DG = (Н2 – Н1) – (TS2 – TS1); DG = DН – ТDS.
Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль энергии Гиббса (DG), которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому
(3)
Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения потенциала и, в частности, в сторону уменьшения DG. Если DG < 0, процесс принципиально осуществим; если DG > 0, процесс самопроизвольно проходить не может. Чем меньше DG, тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния равновесия, при котором DG = 0 и DН = ТDS.
Из соотношения DG = DН – ТDS видно, что самопроизвольно могут протекать и процессы, для которых DН > 0 (эндотермические). Это возможно, когда DS > 0, но |ТDS| > |DН|, и тогда DG < 0. С другой стороны, экзотермические реакции (DН < 0) самопроизвольно не протекают, если при DS < 0 окажется, что DG > 0.
Таблица 6.
Стандартная энергия Гиббса образования
DGо298 некоторых веществ
| Вещество | Состояние | DGо298, кДж/моль | Вещество | Состояние | DGо298, кДж/моль |
| BaCO3 | к | -1138,8 | FeO | к | -244,3 |
| CaCO3 | к | -1128,75 | H2O | ж | -237,19 |
| Fe3O4 | к | -1014,2 | H2O | г | -228,59 |
| BeCO3 | к | -944,75 | PbO2 | к | -219,0 |
| СаО | к | -604,2 | CO | г | -137,27 |
| ВеО | к | -581,61 | CH4 | г | -50,79 |
| ВаО | к | -528,4 | NO2 | г | +51,79 |
| СО2 | г | -394,38 | NO | г | +86,69 |
| NaCl | к | -384,03 | C2H2 | г | +209,20 |
| ZnO | к | -318,2 |
Пример 1. В каком состоянии энтропия 1 моль вещества больше: в кристаллическом или в парообразном при той же температуре?