Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ





Пример 1. Определить тепловой эффект процесса термического разложения хлорида аммония и составить термохимическое уравнение реакции.

Решение. Реакция выражается уравнением NH4Cl(к) → NH3(г) + + HCl(г). Согласно следствию из закона Гесса

H 0298 (реакции) = ∑(n'fH 0298)прод ∑(n''fH 0298)исх =

 

= ∆ H 0298(NH3)(г) + ∆ H 0298(HCl)(г) - ∆ H 0298(NH4Cl)(к).

 

Используя справочные данные значений ∆ H 0298веществ, получаем

 

H 0298(реакции) = (-46,2 – 92,2) – (-314,2) = + 175 кДж.

 

Таким образом, термическое разложение NH4Cl является эндотермической реакцией. Термохимическое уравнение имеет вид

 

NH4Cl(к) → NH3(г) + HCl(г) - 175 кДж.

 

 

Пример 2. Тепловой эффект реакции С(т) + ½О2(г) = СО(г) при постоянном объеме и температуре 20º С равен 108,9 кДж. Определить тепловой эффект реакции при постоянном давлении.

Решение. Соотношение между тепловым эффектом при
V = const (QV =∆U) и тепловым эффектом при р = const (Qр =H) выражается уравнением ∆ H =U + р∆V. Определяем изменение числа молей газов в ходе реакции:

 

n = 1 - ½ = ½ (моль).

 

Учитывая значение Т = 293 К, R = 8,314 Дж/моль·К, а также единицы измерения величин, получаем для теплового эффекта реакции при р = const

 

H = ∆U +n R T = - 108,9+1/2·8,314 /103·293 = - 107,68 кДж.

 

Пример 3. Возможен ли процесс получения металлического железа из оксида Fe2O3 действием водорода при стандартных условиях Fe2O3(к) + 3H2(г) = 2Fe(к) + 3H2O(ж)? Как скажется повышение температуры на вероятности протекания этой реакции?

Решение. Для ответа на первый вопрос задачи необходимо
рассчитать изменение свободной энергии Гиббса ∆ G 0298 для
рассматриваемой реакции, используя уравнение ∆GT (реакции) =
=
HT (реакции) − TSТ (реакции). Значения ∆ H 0298 и ∆ S 0298 для всех веществ, участвующих в реакции, приводятся в задании или берутся из таблиц термодинамических величин.

По следствию из закона Гесса ∆ H 0298(реакции) =
=
∑(n'fH 0298)прод ∑(n''fH 0298)исх,найдем

 

H 0298(реакции) = 3∆H0298 (H2O)(ж) – ∆ H 0298(Fe2O3)(к) = 3 (-285,8) – (-822,0)=

= - 857,4 + 822,0 = - 35,4 кДж.

 

Значение ∆ H 0298 (H2)(г) = 0 и ∆ H 0298 (Fe)(к) = 0.

Согласно

S 0298(реакции)= ∑(n'S 0298)прод ∑(n''S 0298)исх,

найдем

 

S 0298(реакц) =[3 S 0298(H2O)(ж) + 2 S 0298(Fe)(к)] - [ S 0298 (Fe2O3)(к) +

 

+ 3 S 0298(H2)(г)] = (3·70,1 + 2·2,27) - (87,0 + 3·130,5) = - 213,8 Дж/К.

 

По найденным данным вычисляем

 

G 0298 = ∆ H 0298TS 0298 = - 35,4 + 213,8·10-3·298 = 28,34 кДж.

 

Положительное значение ∆ G указывает на невозможность восстановления Fe2O3 водородом при стандартных условиях.

Ответ на второй вопрос задачи определяется знаком ∆ S. Рас-
чет показал, что ∆ S 0298реакции < 0, следовательно, в уравнении ∆ G = ∆ HTS величина − TS > 0. Повышение температуры приводит к увеличению значения ∆ G, а значит, не будет способствовать протеканию реакции в прямом направлении.

 

Пример 4. Определить стандартный тепловой эффект реакции, если известны теплоты образования веществ.

1. Реакция образования сульфата алюминия из оксида алюминия и триоксида серы:

 

Al2O3 (кр) + 3SO3 (газ) = Al2(SO4)3 (кр).

 

Вещество Al2O3 (кр) SO3 (газ) Al2(SO4)3 (кр)
D fН 0298, кДж/моль –1676,1 –395,9 –3442,8

Решение. Тепловой эффект реакции определяем по первому следствию из закона Гесса. В соответствии с уравнением реакции

 

D rН 0298=(1×D fН 0Al2(SO4)3)–(1×D fН 0Al2O3 + 3×D fН 0SO3 ) =

 

=1 (–3442,8) – [1 (–1676,1) + 3(–395,9)] = –579 [кДж].

 

2. Реакция взаимодействия метана и диоксида углерода с образованием оксида углерода и водорода:

 

CH4 (газ) + CO2 (газ) = 2 CO (газ) + 2H2 (газ).

Вещество CH4 (газ) CO2 (газ) CO (газ) H2 (газ)
D fН 0298, кДж/моль –74,85 –393,51 –110,5  

Решение. Тепловой эффект реакции определяем по следствию из закона Гесса. В соответствии с уравнением реакции

 

D rН 0298=(2×D fН 0CO + 2×D fН 0H2)–(1 D fН 0CH4 + 1 D fН 0CO2) =

 

=[2 (–110,5) + 2×0] – [1 (–74,85) + 1 (–393,51)] = 247,36 [кДж].

 

 

Пример 5. Определить стандартный тепловой эффект реакции, если известны стандартные теплоты сгорания веществ. Реакция взаимодействия уксусной кислоты и этилового спирта с образованием сложного эфира – этилацетата:

 

CH3COOH(ж) + C2H5OH(ж) = CH3COOC2H5(ж) + H2О(ж).

 

Вещество CH3COOH(ж) C2H5OH(ж) CH3COOC2H5(ж) H2О(ж)
D cН 0298, кДж/моль –873,79 –1366,91 –2254,21  

Решение. Тепловой эффект реакции определяем по следствию из закона Гесса. В соответствии с уравнением реакции

 

D rН 0298 =(1 D cН 0ук + 1 D cН 0эс)–(1 D cН 0эа + 1 D cН 0H2O) =

 

= [1 (–873,79) +1 (–1366,91)] – [1 (–2254,21)+ 1×0] = 13,51[кДж].

 

 

Пример 6. Определить изменение энтропии в стандартных условиях при протекании реакции:

 

CH4 (газ) + CO2 (газ) = 2CO (газ) + 2H2 (газ).

 

Вещество CH4 (газ) CO2 (газ) CO (газ) 2H2 (газ)
S 0298, Дж/моль×К 186,27 213,66 197,55 130,52

Решение. D r S 0298=(ån i S 0298 i )продукты–(ån i iS 0298 i )исх. вещества,

D r S 0298 = (2×197,55 + 2×130,52) – (1×186,27 + 1×213,66) = 256,21 [Дж/K].

 

 

Пример 7. Определить направление самопроизвольного протекания реакции взаимодействия оксида кальция и воды с образованием дигидроксида кальция в стандартных условиях:

 

CaO(кр) + H2O(ж) = Ca(OH)2(кр).

 

Вещество CaO(кр) H2O(ж) Ca(OH)2(кр)
D fG 0298, кДж/моль –603,46 –237,23 –897,52
D fH 0298, кДж/моль –635,09 –285,83 –985,12
S 0298, Дж/моль×К 38,07 69,95 83,39

Решение. Направление самопроизвольного протекания реакции определяется по изменению энергии Гиббса (D rG 0 < 0).

1. Зная величины DfG 0 для реагентов, можно непосредственно вычислить изменение энергии Гиббса в ходе реакции:

 

D r G 0298 = (å n i D fG 0 i)прод – (å n i D fG 0 i)исх. вещества,

 

D r G 0298 = (1(–897,52)) – [1(–603,46) + 1(–237,23)] = –56,83 (кДж).

 

Следовательно, данная реакция в стандартных условиях может самопроизвольно протекать в прямом направлении.

2. Изменение энергии Гиббса можно также вычислить по тепловому эффекту и энтропии реакции:

 

D r G 0298 = D r Н 0298 –298 D r S 0298,

 

D r Н 0298 = (å n i D fН 0298 i )прод – (å n i D fН 0298 i )исх. вещества,

 

D r S 0298 = (ån i S 0298 i )прод – (ån i S 0298 i ) исх. вещества,

 

D r Н 0298 = (1(–985,12)) – (1(–635,09) + 1(–285,83)) = –64,2 (кДж),

 

D r S 0298 = (1×83,39) – (1×38,07 + 1×69,95) = –24,63 (Дж/K),

 

D r G 0298 = –64,2 – 298(–24,63×10-3) = –56,86 (кДж).

 

Результаты первого и второго расчетов, естественно, совпадают (с учетом погрешности).

 

Пример 8. Определить возможность самопроизвольного окисления ртути кислородом в стандартных условиях (прямая реакция) и температуру, при которой возможен самопроизвольный распад окиси ртути на ртуть и кислород (обратная реакция):

Hg(ж) + ½ O2(газ) = HgO(кр).

 

Вещество Hg(ж) O2(газ) HgO(кр)
D fH 0298, кДж/моль     –90,88
S 0298, Дж/моль×К 75,90 205,04 70,29

Решение. Изменение энергии Гиббса в ходе реакции вычисляют по тепловому эффекту и энтропии реакции при Т =298 К:

 

D r G 0(Т)» D r Н0298 Т D r S0298,

 

D r Н 0298 = (å n i D fН 0298 i )прод – (å n i D fН 0298 i )исх. вещества,

 

D r S 0298 = (ån i S 0298 i )прод – (ån i S 0298 i ) исх. вещества,

 

D r Н 0298 = 1(–90,88) – (1×0 +½×0) = –90,88 кДж/моль,

 

D r S 0298 = 1×70,29 – (1×75,90 +½×205,04) = –108,13 Дж/моль×K,

 

D r G 0298 = –90,88 – 298(–108,13×10-3) = –58,65 кДж/моль.

 

Поскольку D rG 0298 < 0, то окисление ртути в стандартных условиях возможно.

Самопроизвольное разложение окиси ртути на кислород и ртуть возможно, если для обратной реакции . Поскольку то обратная реакция по отношению к окислению возможна, если D rG 0(Т)» D r Н 0Т D r S 0 > 0, что выполняется при температуре выше = 840,47 К.

 

 

Библиографический список

1. Коровин, Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 2000.

2. Стромберг, А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия / Под ред. А.Г. Стромберга. М.: Высшая школа, 2001.

3. Фримантл, М. Химия в действии: В 2 ч. / Пер. с англ. М.: Мир, 1991.

4. Киселев, А.П., Крашенинников А.А. Основы общей химии: учебное
пособие / Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2012.

5. Кудряшов, И.В., Каретников Г.С. Сборник примеров и задач по физической химии: учебное пособие. М.: Высшая школа, 1991.

 

 


 

 

О Г Л А В Л Е Н И Е

 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ.. 3

1.1. Энергия. 3

2. ПЕРВЫЙ ЗАКОН (НАЧАЛО) ТЕРМОДИНАМИКИ.. 6

2.1. Термодинамическая функция энтальпия. 7

2.2. Тепловой эффект реакции. 8

2.3. Закон Гесса. Термохимические расчеты.. 9

2.4. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры.. 10

3. ВТОРОЙ ЗАКОН (НАЧАЛО) ТЕРМОДИНАМИКИ.. 11

3.1. Понятие энтропии. 12

3.2. Изменение энтропии в некоторых процессах. 14

3.3. Направленность самопроизвольных процессов. Свободная энергия Гиббса 16

4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ.. 19

Библиографический список. 23

 

Барунин Анатолий Анатольевич, Маслобоев Дмитрий Степанович

Термодинамические расчеты

 

Редактор Г.М. Звягина

Корректор Л.А. Петрова

Подписано в печать 19.02.2016. Формат 60х84/16. Бумага документная.

Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 200 экз. Заказ № 45.

Балтийский государственный технический университет

Типография БГТУ

190005, С.-Петербург, 1-я Красноармейская ул., д.1

 







Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.