Методичка Термодинамика. Элементы химической термодинамики в курсе общей химии Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по курсу химии для студентов химических и нехимических специальностей Нижний Новгород 2010

• Название: Элементы химической термодинамики в курсе общей химии Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по курсу химии для студентов химических и нехимических специальностей Нижний Новгород 2010
• Анкор: Методичка Термодинамика.doc
• Дата: 23.10.2017
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: Методичка Термодинамика.doc
• Тип: Методические указания; #9775
• страница: 4 из 6

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

ЗАДАНИЕ 1

Для реакции СО(г) +.Н₂О(г) = СО_2(г) +Н _2(г) определить:

1) возможность её самопроизвольного протекания при стандартных условиях и при 1000 К;

2) энтальпийный или энтропийный фактор будет определяющим в направлении протекания процесса при 298 и 1000 К:

3) тепловой эффект реакции в расчете на 1 г. Н₂; 1 л СО;

4)будет ли изменение энтальпии системы равно изменению её внутренней энергии;

5) Определить температуру инверсии реакции

ЗАДАНИЕ 2

Уравнение реакции Fе₂0₃(тв) + 3/2С(графит) = 3/2СО₂(г)+ 2Fе(тв).

Определить:

1)возможно ли восстановление Fe₂Оз графитом при стандартных условиях и при 1000 К;

2)увеличивается или уменьшается восстановительная способность графита при повышении температуры;

3) энтальпийный или энтропийный фактор является определяющим в направлении протекания процесса при 298 и при 1000 К;

4)тепловой эффект реакции в расчете на 1 моль Fе; на 1л СО₂;

5) Определить температуру инверсии реакции

ЗАДАНИЕ 3

Реакция протекает по уравнению 2S0₂(г) + O₂(г) = 2S0₃(г).

Определить:

1)тепловой эффект реакции; с поглощением или с выделением тепла она протекает;

2)температуру, при которой система находится и термодинамическом равновесии;

3) тепловой эффект реакции в расчете на 1 моль S0₃; на 10л О₂;

4) изменение энергии Гиббса при 2000 К; возможно ли са­мопроизвольное протекание процесса при данной. температуре;

5) энтальпийный или энтропийный фактор является определяющим в направлении протекания процесса при 298 и при 2000 К;
40

ЗАДАНИЕ 4

По уравнению и термодинамическим данным реакции РС1₅(г) =РСl₃(г)+ С1₂(г), определить:

1) с выделением или поглощением тепла протекает эта реакция;

2) возможно ли её самопроизвольное протекание при стандартных условиях и при 600 К;

3) энтальпийный или энтропийный фактор является определяющим в направлении протекания процесса при 298 и 600.К;

4) температуру, при которой система находится и термодинамическом равновесии;

5) тепловой эффект реакции в расчете на 3 моля РС1₃; на 10л С1₂;

ЗАДАНИЕ 5

Уравнение реакции 2NO(г) + O₂(г) = 2NO₂(г). Определить:

1)тепловой эффект реакции; сколько тепла выделится иди поглотится при образовании 1моля NO₂, если прореагирует 1 экв. О₂;

2)возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и при 1000 К?

3) температуру, выше которой данная реакция самопроизвольно не протекает;

4) какой фактор, энтальпийный или энтропийный, является определяющим в направлении протекания процесса при высоких и низких температурах;

5) тепловой эффект реакции в расчете на 1 моль NO; на 10 л О₂;

ЗАДАНИЕ 6

Для реакции восстановления оксида железа (III)

Fе₂O₃(тв) + 3H₂(г) = 2Fе(тв) + ЗН₂0(г) установить:

1)тепловой эффект реакции; экзо- или эндотермическая эта реакция

2) температуру, при которой восстановительная способность водорода и железа одинакова;

3) изменение энергии Гиббса процесса при 500 К; энтальпийный или энтропийный фактор являются определяющими при 500 К?

4) железо или водород имеет большее химическое сродство к кислороду при 298 и 500 К?

5) Равна ли внутренняя энергия энтальпии при 500 К?
41

ЗАДАНИЕ 7

Для реакции С(графит) + CO₂ = 2CO(г) установить:

1)тепловой эффект реакций в расчёте на 2 моль СО₂; 1 моль СО; 1 л СО;

2) возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях;

3) изменение энтропии процесса; чем вызвано увеличение энтропии;

4)температуру, выше которой данная реакция может протекать самопроизвольно;

5) какой фактор, энтальпийный или энтропийный, является определяющим в направлении протекания процесса при 298 и 1000 К?

ЗАДАНИЕ 8

Для реакции СН₄(г) + 20₂(г) = СО₂(г) + 2 Н₂О(г) определить:

1. 
   тепловой эффект реакции; какое количество тепла выделится при сгорании 1 л метана; если образуется 1 л водяных паров;
   

2) будет ли изменение энтальпии процесса равно измене­нию внутренней энергии;

3) будет ли процесс протекать самопроизвольно при 1000 К;

4) какой фактор энтальпийный или энтропийный является определяющим в направлении протекания процесса при 298 и 1000 К;

5)почему для данного процесса изменение энтропии незначительное?

ЗАДАНИЕ 9

Уравнение реакции СаСОз(тв) = СаО(тв) +СО₂(г). Определить:

1)экзо- или эндотермической является данная реакция;

2) с увеличением или уменьшением энтропии протекает процесс; чем вызвано изменение энтропии;

3)температуру, выше которой процесс разложения карбо­ната кальция становится термодинамически возможным;

4) за счет энтальпийного или энтропийного фактора возможно самопроизвольное протекание реакции при 1000 К;

5) будет ли изменение энтальпии процесса равно измене­нию внутренней энергии.

ЗАДАНИЕ 10

Для реакции восстановления оксида железа (II)

FeO(тв) + 1/2C(графит) = Fe(тв) + 1/2CO₂(г) определить:
42

1)тепловой эффект реакции; экзо- или эндотермической она является; тепловой эффект реакции в расчете на одну тонну Fe

2)возможно ли её самопроизвольное протекание при стандартных условиях;

3)за счет энтальпийного или энтропийного фактора возможно самопроизвольное протекание реакции при 298 и 1000 К;

4)температуру инверсии;

5)будет ли внутренняя энергия равна энтальпии в этом процессе?

ЗАДАНИЕ 11

Для реакции FeO(тв) + Н₂(г) = Fe(тв) + Н₂ О(г) определись:

1)тепловой эффект реакции; тепловой эффект реакции в расчете на 100 л Н₂ О

2)будет ли изменение энтальпии процесса равно измене­нию внутренней энергии системы;

3)возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях, при 1000 К;

4)энтальпийный или энтропийный фактор является опре­деляющим в направлении протекания процесса при 298 и 1000 К;

5) температуру инверсии.

ЗАДАНИЕ 12

Для реакции СаO(тв) + SO₃(г) = CaSO₄(тв) определить:

1)возможность её самопроизвольного протекания при стандартных условиях;

2)экзо- или эндотермической является данная реакция;

3) изменение энтропии процесса; возможно ли самопро­извольное протекание реакции за счет энтропийного фактора;

4) будет ли реакция протекать самопроизвольно при 2000 К; какой фактор является определяющим в направле­нии протекания процесса при данной температуре;

5) тепловой эффект реакции в расчете на 100 г и 10 л SO₃

ЗАДАНИЕ 13

По уравнению реакции и термодинамическим данным

Fe(тв) + 1/2О₂(г) = FeО(тв) определить:

1) изменение энергии Гиббса процесса при стандартные условиях и при 2000 К;

43

2) увеличивается или уменьшается химическое сродство железа к кислороду при нагревании;

3) энтальпийный или энтропийный фактор является опре­деляющим в направлении протекания процесса при 298 и 2000 К;

4) влияет ли степень измельченности железа на его хими­ческое сродство к кислороду?

5) тепловой эффект реакции в расчете на 100г FeО и 10 л O₂

ЗАДАНИЕ 14

По уравнениям реакций и термодинамическим данным

А) Cu(тв) + ½ СI₂(г) = CuСI(тв); Б) Cu(тв) + Cl₂(г) = CuCl₂(тв) определить:

1)возможно ли самопроизвольное образование галидов меди при стандартных условиях;

2)в первой или второй реакции медь имеет большее химическое сродство при стандартных условиях; чем вызвано уменьшение энтропии процессов;

3) тепловой эффект реакции в пересчете на 1 г СI₂;

4)температуру инверсии.

5) энтальпийный или энтропийный фактор является определяющим при 298 и 1000 К;

ЗАДАНИЕ 15

Уравнение реакции CaH2(тв) + 2H₂O(ж) = Ca(OH)₂(тв) + 2H₂(г) Определить:

1)возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях;

2)с выделением или поглощением тепла протекает дан­ный процесс;

3)увеличивается или уменьшается энтропия в процессе реакции;

4)возможно ли при каких-либо условиях протекание процесса в обратном направлении;

5)сколько тепла выделится, если в процессе реакции образуется 1 л водорода; I экв. гидроксида кальция;

ЗАДАНИЕ 16

Уравнение реакции 4НС1(г) + O₂(г) = 2H₂O(г) + 2Cl₂(г).Определить:

1)тепловой эффект реакции в расчете на 1 Моль кислорода и 1 г воды; экзо- или эндотермической она является;
44

2)кислород или хлор является более .сильным окислителем при стандартных условиях и при 1000 К;

3)температуру инверсии Т_инв; будет ли процесс самопроизвольным при Т Т_инв;

4) энтальпийный или энтропийный фактор является опре­деляющим в направлении протекания процесса при высоких и низких температурах;

5) увеличивается или уменьшается энтропия в ходе процесса ?

ЗАДАНИЕ 17

Для реакции. СаО(тв) +3С(графит) = СаС₂(тв) + СО(г) определить:

1)будет ли она самопроизвольно протекать при стандарт­ных условиях; тепловой эффект реакции в расчете на 1 г карбида кальция;

2)изменение энтальпии и энтропии процесса; чем вызвано увеличение энтропии процесса;

3) возможно ли протекание реакции при 1000 К;

4) какой фактор будет определяющим в направлении протекания реакции;

5) температуру инверсии.

ЗАДАНИЕ 18

По уравнению реакции и термодинамическим данным N₂O₄(г) = 2NO₂(г) установить:

1)тепловой эффект реакции; сколько тепла выделится или поглотится при образовании 1 г и 2 моля N0₂;

2)возможно ли самопроизвольное протекание процесса при стандартных условиях;

3)изменение энергии Гиббса при 200 и 400К; протекает ли реакция при данных температурах;

4)за счет какого фактора, энтальпийного или эйтропийного, возможно самопроизвольное протекание реакции;

5)найти температуру инверсии данной реакции

ЗАДАНИЕ 19

По уравнению реакции и термодинамическим данным H₂(г) + I₂(г) = 2HI(г) установить:
45

1)возможность её самопроизвольного протекания при стандартных условиях и при 550 К;

2)температуру инверсии;

3)энтальпийный или энтропийный фактор является опре­деляющим в направлении протекания реакций при высоких и низких температурах;

4) равна ли внутренняя энергии энтальпии?

5) сколько тепла выделится или поглотится при образовании 1 г и 2 моля Н₂, 1 л HI;

ЗАДАНИЕ 20

Для реакции I₂(г)+ Н₂S(г) = 2HI(г) + S (т) определить:

1) экзо- или эндотермической она является; Тепловой эффект в расчете на 100 кг серы;

2) будет ли реакция- протекать самопроизвольно при стандартных условиях, при 600 К;

3) энтальпийный или энтропийный факторы, определяет направление протекания процесса при 298 и 600 К;

4) к йоду иди сере водород проявляет большее химическое сродство при данных температурах;

5) Найти температуру инверсии реакции

ЗАДАНИЕ 21

По уравнению и термодинамическим данным реакции Ag₂O (т) = 2Ag(т) + 1/2 0₂(г) определить:

1)будет ли оксид серебра термодинамически устойчив к разложению при 298 и 1000 К;

2)температуру инверсии;

3)энтальпийный или энтропийный фактор определяет направление протекания процесса при высоких и низких температурах;

4) Тепловой эффект реакции в пересчете на 100 г Ag₂O и 5 л кислорода

5) Увеличивается или уменьшается энтропия данной реакции?

ЗАДАНИЕ 22

По уравнениям реакций и термодинамическим данным Н₂(г) +F₂(г) =2HF(г) ; H₂(г) +С1₂(г) =2НСl(г) ;

Н₂(г) +Вг₂(ж) = 2НВг(г) определить:

46

1)возможен ли синтез данных соединений при стандартных условиях; будут ли равны H и U данных процессов;

2)к какому из галогенов водород проявляет большее химическое сродство; какой из галогенов более сильный окислитель;

3)изменение энтропии процессов; чём объяснить изменение энтропии в ряду НСl – HCl -HBr;

4)можно ли повышением температуры добиться протекания процессов в обратном направлении;

5)тепловой эффект реакции в расчете на: 1 л галогеноводорода, I экв. водорода;

ЗАДАНИЕ 23

По уравнению реакции и термодинамическим данным СО(г) + Cl₂(г) = СОС1₂(г) определить:

1)экзо- или эндотермической, является данная реакция; тепловой эффект реакции в расчете на 1 л СОС1₂; 1 эквивалент хлора;

2)возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и при 700 К;

3)энтальпийный или энтропийный фактор будет определяющим в направлении протекания процесса при высоких и низких температурах;

4)температуру инверсии;

5) Равна ли внутренняя энергия энтальпии, а если не равна, то какая связь существует между ними ?

ЗАДАНИЕ 24

Для реакций 2KNO₃(тв) = 2KNO₂(тв) +О₂ (г) определить:

1)возможно ли разложение нитрата калия при 298 и 1000 К;

2)за счет какого фактора, энтальпийного или энтропийного, возможно самопроизвольное протекание процесса; какой фактор является определяющим при высоких и низких температурах;

3)тепловой эффект реакции в расчете на 100 г нитрата калия, 1 л кислорода;

4) температуру, при которой система находится в термодинамическом равновесии;

5) Объяснить причины изменения энтропии данной реакции.
47

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ "ТЕРМОХИМИЯ"

1. Теплота растворения солей и её определение

Количество тепла, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моля вещества в таком количестве растворителя, дальнейшее прибавление которого уже не вызывает изменения теплового эффекта, называется теплотой растворения.

При растворении солей в воде знак и величина теплового эффекта растворения ∆Н определяется двумя величинами: энергией, затрачиваемой на разрушение кристаллической решетки вещества (∆H₁) - эндотермический процесс, и энергией, выделяемой при физико-химическом взаимодействии частиц растворяемого вещества с молекулами воды (процесс гидратации) (∆Н₂) - экзотермический процесс. Тепловой эффект процесса растворения определяется алгебраической суммой тепловых эффектов этих двух процессов:

∆Н = ∆H₁ + ∆H₂.

Тепловой эффект процесса растворения может быть как положительным, так и отрицательным.

Для практического определения теплот растворения обычно определяют количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении произвольного количества соли. Затем эту величину пересчитывают на 1 моль, т.к. количество тепла прямо пропорционально количеству растворенного вещества.

Для термохимических измерений используют прибор, называемый калориметром.

Определение теплоты растворения ведут по изменению температуры раствора, поэтому точность определения зависит от цены деления (точности) используемого термометра. Обычно диапазон измеряемых температур лежит в интервале 2-3°, а цена деления термометра не более чем 0,05°С.

ХОД РАБОТЫ

Для выполнения работы используйте калориметр, состоящий из теплоизоляционного корпуса, крышки с встроенными электрической мешалкой и термометром, а также отверстием с пробкой.

Получите у преподавателя задание: тип растворяемого вещества.
48

Откройте пробку на крышке калориметра и залейте в него 200 мл воды, закройте пробку и выдержите 10-15 минут для установления постоянной температуры (t_нач). За это время на весах, используя кальку или часовое стекло, получите навеску вашего вещества (1,5-2,0 г) предварительно тщательно растертого в ступке. Полученную навеску, по возможности быстро, через отверстие в крышке поместите в калориметр при включенной мешалке. Следите за изменением температуры. После установления теплового равновесия (температура стабилизируется) запишите максимальную температуру раствора (t_maх)и рассчитайте ∆t = t_max – t_нач. По полученным данным рассчитайте теплоту растворения соли, используя уравнение:

∆Н_раств = qM/m, Дж/моль, (1)

где q - теплота, выделившаяся (или поглотившаяся) в калориметре (кДж); m - навеска соли (г); М - молярная масса растворяемого вещества (г/моль);

Теплота q определяется на основании экспериментальных данных из соотношения:

q = (m_стC_ст+ m_р-раC_р-ра)∆T, (2)

где m_ст - масса стакана (г); m_р-ра - масса раствора, равная сумме масс воды и соли в стакане (г); С_ст- удельная теплоемкость стекла 0,753 Дж/г∙К;

С_р-ра - удельная теплоемкость раствора (воды) 4,184 Дж/г∙К.

Сравнив полученный результат с данными табл.2 , рассчитайте относительную ошибку опыта (%).