Химия дз. 1. Строение атома Задание. Составьте структуру электронной оболочки атомов элементовАиБ табл

• Название: 1. Строение атома Задание. Составьте структуру электронной оболочки атомов элементовАиБ табл
• Анкор: Химия дз.docx
• Дата: 08.04.2017
• Размер: 231.67 Kb.
• Имя файла: Химия дз.docx
• Тип: Документы; #4608
• страница: 2 из 11

3. Химическая термодинамика

Задание. Выпишите реакцию, соответствующую номеру вашего варианта (см. табл. 4). Для реакции выполните соответствующие расчеты:

1. 
   Рассчитайте тепловой эффект реакции в стандартных условиях (H⁰₂₉₈), используя справочные данные. Укажите, выделяется или поглощается теплота при протекании этой реакции. Как изменится тепловой эффект, если расходуется 1кг одного из исходных веществ?
   
2. 
   По уравнению реакции и агрегатным состояниям веществ качественно оцените изменение энтропии реакции (S>0, S<0 или S0). Объясните полученный результат.
   
3. 
   Рассчитайте S⁰₂₉₈ реакции по значениям стандартных энтропий участников реакции (S⁰₂₉₈)
   
4. 
   Качественно оцените направление протекания реакции:
   

а) при высоких температурах, т.е. при Т,

б) при низких температурах, т.е. при T0. 5. Рассчитайте изменение энергии Гиббса (G⁰_t) при T₁=298К и Т₂ (см. Табл. 4) для рассматриваемой реакции, допуская, что H⁰₂₉₈ и S⁰₂₉₈ не зависят от температуры. Укажите, какой фактор – энтальпийный или энтропийный – определяет знак G⁰₂₉₈ и G⁰т₂.

6. Постройте график зависимости G⁰т от температуры. Укажите, как влияет температура на направление реакции.

7. Напишите выражение для константы равновесия реакции K_p, выраженной через парциальные давления участников реакции, и рассчитайте термодинамическую константу равновесия для реакции при Т₁ = 298 К и Т₂. Укажите, при какой из этих температур равновесная смесь богаче продуктами реакции.

8. Определите температуру, при которой константа равновесия (K_p, P в атм.) равна 1. Укажите, в каком направлении будет протекать реакция при температуре, выше найденной.

Таблица 4

Номер варианта	Реакция	T2, 0C
1	4NH3(г)+5O2(г)=4NO(г)+6H2O(г)	250
2	4HCl(г)+O2(г)+2H2O(u)	500
3	2AgNO3(k)=2Ag(k)+2NO2(г)+O2(г)	700
4	2NaHCO3(k)=Na2CO3(k)+H2O(г)+CO2(г)	200
5	2CuS(k)+3O2(г)=2СuO(k)+2SO2(г)	150
6	Fe3O4(k)+4H2(г)=3Fe(k)+4H2O(г)	400
7	2H2S(г)+3O2(г)=2SO2(г)+2H2O(г)	200
8	4Fe(OH)2(k)+O2(г)+ 2H2O(г)=4Fe(OH)3(k)	100
9	CS2(г0+3O2(г)=CO2(г)+2SO2(г)	900
10	MgCO3(k)=MgO(k)+CO2(г)	1000
11	Fe2O3(k)+3H2(г)=2Fe(k)+3H2O(г)	800
12	2KClO3(k)=2KCl(k)+3O2(г)	1000
13	BaO(k)+CO2(г)=BaCO3(k)	400
14	4HBr(г)+O2(г)=2Br2(г)+2H2O(г)	900
15	4NH3(г)+3O2(г)=2N2(г)+6H2O(г)	250
16	CaCO3(k)=CaO(k)+CO2(г)	1100
17	4FeS2(k)+11O2(г)=2Fe2O3(k)+8SO2(г)	300
18	2H2S(г)+O2(г)=2H2O(г)+2S(k)	500
19	FeO(k)+H2(г)=Fe(k)+H2O(г)	750
20	CaO(k)+H2O(г)-Ca(OH)2(k)	300
21	Al2O3(k)+3SO3(г)=Al2(SO4)3(k)	600
22	2NO(г)+O2(г)=2NO2(г)	800
23	2Pb(NO3)2(k)=2PbO(k)+4NO2(г)+O2(г)	900
24	CuSO45H2O(k)=CuSO4(k)+5H2O(г)	450
25	PbO(k)+SO3(г)=PbSO4(k)	800
26	4CO(г)+2SO2(г)=4CO2(г)+S2(г)	700
27	CO(г)+H2O(г)=CO2(г)+H2(г)	400
28	2HF(г)+O3(г)=H2O(г)+F2(г)+O2(г)	320
29	O3(г)+H2O2(ж)=2O2(г)+H2O(ж)	550
30	N2O(г)+NO2(г)=3NO(г)	1000

Пример. Выполните задание 1-8 для реакции

S_(k)+2CO_2(г)=SO_2(г)+2CO_(г), T₂=727C.

Решение. Стандартные теплоты образования и энтропии веществ, участвующих в химической реакции, берём из справочника:

Вещество	S	CO2	SO2	CO
H298, кДж/моль	0	-393,51	-296,9	-110,5
S298,Дж/(мольК)	31,88	213,6	248,1	197,4

1. Согласно первому следствию из закона Гесса тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования реагирующих веществ с учётом стехиометрических коэффициентов:

H₂₉₈=nH_{298(прод)}-mH_298(исх).

H₂₉₈ = H₂₉₈(SO₂) + 2H₂₉₈(CO) - H₂₉₈(S)-

-2H₂₉₈(CO₂) = -296,9+2(-110,5)- (0)-

-2(-393,51)=269,12кДж.

Таким образом, при прохождении реакции тепло поглощается, то есть реакция эндотермическая (-Q). При взаимодействии 1 моль серы поглощается 269,12 кДж, а при использовании п моль серы поглощается тепла:

n_(s)=m_(s)/M_(s); m_(s)=1000г; M_(s)=32г/моль.

n_(s)=1000/32=31,25моль.

H₂₉₈=31,25269,12=8410 кДж.

2. 
   Изменение энтропии в химической реакции (S°₂₉₈) определяет степень беспорядка в системе. В нашем примере S возрастает, так как образуется большее число газообразных молекул (S>0).
   
3. 
   Изменение энтропии в химической реакции определяем по формуле:
   

S₂₉₈=nS_{298(прод)}-mS_298(исх).

S₂₉₈₌S₂₉₈(SO₂)+2S₂₉₈(CO)- S₂₉₈(S)-2S₂₉₈(CO₂)=

=248,1+2197,4-31,88-2213,6=183,82 Дж/К.

4. Направление протекания реакции определяем по изменению энергии Гиббса

G=H-TS;

а) при высоких температурах, т.е. при Т, величиной Н в уравнении можно пренебречь, значит, G -TS. Для нашей реакции S > 0, следовательно, G< 0. Уменьшение величины энергии Гиббса свидетельствует о возможности протекания реакции в прямом направлении;

б) при низких температурах, т.е. при Т 0, можно пренебречь величиной TS и тогда GH.

В нашем примере H > 0, следовательно, G > 0 и протекание реакции в прямом направлении является маловероятным.

5. Изменение энергии Гиббса в химической реакции при стандартных условиях (Т₁ =298 К):

G₂₉₈=H₂₉₈-TS₂₉₈.

G₂₉₈=269,12-298(183,82)10^-3=214,29 кДж.

Знак G определяет энтальпийный фактор:

6. График зависимости G от T строим по 2 точкам (рис.2). При увеличении температуры величина энергии Гиббса уменьшается, а вероятность протекания прямой реакции возрастает.

T, K

T

1000

298

-G

G

0

Рис.2

7. Выражение константы равновесия K_pчерез парциальные давления имеет вид:



Взаимосвязь G и K_P представляем уравнением:

G=-RTlnK_P.

Вычислим lnK_P:



при T=298 К



при T=1000 K



Равновесная смесь богаче продуктами при такой температуре, когда значение K_p выше. Для нашего это соответствует T₂=1000 K.

8. Если K_p=1, то рассчитывая G=-R T ln K_p, получаем G=0. Из выражения H-TS=0 можно определить температуру, при которой возникает состояние равновесия:



На графике это точка пересечения прямой со шкалой температур. При нагревании выше 1609 К реакция будет протекать в прямом направлении.

2. 
   Кинетика и равновесие химических реакций
   

Задание. В газовой фазе протекает обратимая реакция (табл. 5).

1. 
   Напишите уравнение для скорости прямой реакции согласно закону действующих масс.
   
2. 
   Определите, как изменится скорость прямой реакции, если:
   

а) концентрацию каждого из исходных веществ увеличить в А раз;

б) объём исходных веществ увеличить в Б раз.

3. 
   Рассчитайте константу равновесия К_си первоначальные концентрации исходных веществ, учитывая заданные значения равновесных концентраций.
   
4. 
   Укажите согласно принципу Ле - Шателье. как следует изменить по величине температуру, давление и концентрации веществ, участвующих в реакции, чтобы сместить равновесие в сторону образования продуктов.
   

Таблица 5

Номер варианта	Уравнение реакции	А	Б	Равновесные концентрации, моль/л
1	H2+Cl2=2HCl+Q	2	3	[H2]=0,1; [Cl2]=0,2; [HCl]=0,2
2	N2+3H2=2NH3+Q	2	3	[N2]=0,1; [H2]=0,3; [NH3]=0,5
3	2N2O=2N2+O2+Q	3	2	[N2O=0,5;[N2]=0,4; [O2]=0,2
4	2HI=H2+I2-Q	3	2	[HI]=0,2; [H2]=[I2]=0,5
5	2NO2=N2O4+Q	2	3	[NO2]=0,1; [N2O4]=0,25
6	2CO+O2=2CO2+Q	4	3	[CO]=0,2; [O2]=0,1; [CO2]=0,3
7	H2+I2=2HI+Q	3	4	[H2]=0,4; [I2]=0,3; [HI]=0,5
8	2NH3=N2+3H2-Q	2	4	[NH3]=0,2; [N2]=0,1; [H2]=0,3
9	CO+Cl2=COCl2+Q	2	4	[CO]=0,5; [Cl2]=0,1; [COCl2]=0,5
10	N2+O2=2NO-Q	3	2	[N2]=0,1; [O2]=0,2; [NO]=0,2
11	2NO+O2=2NO2+Q	3	2	[NO]=0,2; [O2]=0,3; [NO2]=0,4
12	CO+2H2=CH3OH-Q	2	3	[CO]=[H2]=0,1; [CH3OH]=0,
13	PCl3+Cl2=PCl5+Q	2	4	[PCl3]=0,3; [Cl2]=0,2; [PCl5]=0,2
14	SO2Cl2=SO2+Cl2-Q	4	2	[SO2Cl2]=0,2; [SO2]=[Cl2]=0,3
15	2H2+O2=2H2O+Q	3	2	[H2]=0,1; [O2]=0,3; [H2O]=0,3
16	COCl2=CO+Cl2-Q	4	3	[COCl2]=0,2; [CO]=[Cl2]=0,3
17	2HCl=H2+Cl2-Q	3	2	[HCl]=0,05; [H2]=[Cl2]=0,08
18	2F2+O2=2F2O+Q	4	3	[PCl5]=0,04; [PCl3]=[Cl2]=0,2
19	2F2+O2=2F2O+Q	4	3	[F2]=0,1; [O2]=0,05; [F2O]=0,3
20	2HBr=H2+Br2-Q	2	2	[HBr]=0,04; [H2]=[Br2]=0,05
21	2SO3=2SO2+O2-Q	2	3	[SO3]=0,05; [SO2]=0,2; [O2]=0,1
22	2NOCl=2NO+Cl2-Q	3	3	[NOCl]=0,04; [NO]=0,08; [Cl2]=0,04
23	2NO+Br2=2NOBr+Q	4	2	[NO]=0,2; [Br2]=0,1; [NOBr]=0,4
24	C2H2+H2=C2H4-Q	2	2	[C2H2]=0,05; [H2]=0,03; [C2H4]=0,1
25	N2O4=2NO2-Q	2	3	[N2O4]=0,02; [NO2]=0,1
26	C2H4+Cl2=C2H4Cl2+Q	3	2	[C2H4]=0,1; [Cl2]=0,2; [C2H4Cl2]=0,2
27	CO+Br2=COBr2+Q	4	3	[CO]=0,04; [Br2]=0,03; [COBr2]=0,1
28	2Cl2+O2=2Cl2O+Q	2	3	[Cl2]=0,1; [O2]=0,03; [Cl2O]=0,2
29	SO2+Cl2=SO2Cl2+Q	3	4	[SO2]=0,2; [Cl2]=0,1; [SO2Cl2]=0,4
30	PBr3+Br2=PBr5+Q	3	4	[PBr3]=0,01; [Br2]=0,03; [PBr5]=0,5

Пример 1