Химия ПНИПУ для заочников. Программа и контрольные задания для студентов заочного обучения

• Название: Программа и контрольные задания для студентов заочного обучения
• Анкор: Химия ПНИПУ для заочников.doc
• Дата: 10.05.2017
• Размер: 0.74 Mb.
• Имя файла: Химия ПНИПУ для заочников.doc
• Тип: Программа; #7394
• страница: 3 из 13

Пример 1. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (+5) с парами воды образуются жидкая хлор - окись POCl₃ и хлористый водород. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции.

Решение. Уравнение реакции, в которой около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также численное значение тепловых эффектов, называются термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Q_р равные изменению энтальпии системы Н. Значение Н приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой с запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния веществ: г – газообразное, ж – жидкое, к– кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно.

Если теплота в результате реакции выделяется, то Н < 0. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

PCl_5(к) + H₂O_(г) = POCl_3(ж) + 2HCl_(г); Н_х.р.= –111,4 кДж

Пример 2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением

С₂Н_6(г) + 3½О_2(г) = 2СО_2(г) +ЗН₂О_(ж); Н_х.р.= –1559,87 кДж.

Вычислить теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО_2(г) и Н₂О_(ж) (табл. 1).

Решение. Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования одного моля этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т. е. к 25⁰С (298 К), и 1 атм (101,3 кПа)и обозначают через Н⁰₂₉₈ .

Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то и здесь и в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через Н. Следовательно, нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой примет вид

2С_(граф) + 3Н_2(г) = С₂Н_6(г); Н=. . .

исходя из следующих данных:

а) С₂Н_6(г) + 3¹/₂О_2(г) = 2СО_2(г) + ЗН₂О_(ж); Н = –1559,87 кДж;

б) С_(граф) + О_2(г) = СО_2(г); Н = –393,51 кДж;

в) Н_2(г) + ¹/₂О_2(г) = Н₂О_(ж); Н = –285,84 кДж;
Таблица 1

Стандартные теплоты (энтальпии) образования Н⁰₂₉₈

некоторых веществ

Вещество	Состояние	Н0298, кДж/моль	Вещество	Состояние	Н0298, кДж/моль
CS2	г	+115,28	CH3OH	г	–201,17
NO	г	+90,37	C2H5OH	г	–235,31
C6H6	г	+82,93	H2O	г	–241,83
C2H4	г	+52,28	H2O	ж	–285,84
H2S	г	–20,15	NH4Cl	к	–315,39
NH3	г	–46,19	CO2	г	–393,51
CH4	г	–74,85	Fe2O3	к	–822,10
C2H6	г	–84,67	Ca(OH)2	к	–986,50
HCl	г	–92,31	Al2O3	к	–1669,80
CO	г	–110,52

На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (в) — на 3, а затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения (а):

С₂Н₆ +3¹/₂О₂ – 2С – 2О₂ – ЗН₂ – ³/₂О₂ = 2СО₂ + ЗН₂О – 2СО₂ – ЗН₂О;

Н = –1559,87 + 787,02 + 857,52;

С₂Н₆ = 2С + ЗН₂ ; Н= + 84,67 кДж.

Так как теплота образования равна теплоте разложе­ния с обратным знаком, то Н = – 84,67 кДж. К тому же результату придем, если для решения задачи , применить вывод из закона Гесса
Н_х.р.= 2Н_СО2 + 3Н_Н2О – Н_С2Н6 – 3¹/₂Н_О2 .

Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю,

Н_С2Н6 = 2Н_СО2 + 3Н_Н2О – Н_х.р. ;

Н_С2Н6= 2(–393,51) + 3(–285,84) + 1559,87 = –84,67;

Н= –84,67 кДж.

Пример 3. Реакция горения этилового спирта выра­жается термохимическим уравнением:

C₂H₅OH_(ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) + ЗН₂О_(ж); Н = ?

Вычислить тепловой эффект реакции, если известно, что мольная теплота парообразования C₂H₅OH_(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: C₂H₅OH_(г); СО_2(г); Н₂О_(ж) (табл. 1).

Решение. Для определения Н реакции необходимо знать теплоту образования C₂H₅OH_(ж) . Последнюю находим из данных задачи:

C₂H₅OH_(ж) = C₂H₅OH_(г); Н =+42,36 кДж.

+42,36 = –235,31 – Н_{С2Н5ОН(ж)} .

Н _{С2Н5ОН(ж)} = –235,31 – 42,36 = –277,67 кДж.

Вычисляем Н реакции, применяя следствие из закона Гесса:
Н_{х.р .}= 2(–393,51) + 3(–285,84) + 277,67 = –1366,87 кДж.
Пример 4. Растворение моля безводной соды Na₂CO₃ в достаточно большом количестве воды сопровождается выделением 25,10 кДж теплоты, тогда как при растворении кристаллогидрата Na₂CO₃10Н₂О поглощается 66,94 кДж теплоты. Вычислить теплоту гидратации Na₂CO₃ (теплоту образования кристаллогидрата).

Решение. Составляем термохимические уравнения соответствующих реакций;

а) Na₂CO₃ + aq = Na₂CO₃ aq; Н= –25,10 кДж;

б) Na₂CO₃10Н₂О + aq = Na₂CO₃ aq; Н = +66,94 кДж.

Вычитая уравнение (б) из (а) (пример 2), получаем ответ:

Na₂CO₃+10Н₂О = Na₂CO₃10Н₂О; Н = –92,04 кДж;

т.е. при образовании Na₂CO₃10Н₂О выделяется 92,04 кДж теплоты.

61. 
    Вычислите тепловой эффект реакции восстановления одного моля Fe₂O₃ металлическим алюминием.
    

Ответ: –847,7 кДж.

62. 
    Газообразный этиловый спирт C₂H₅OH можно получить при взаимодействии этилена C₂H_4(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.
    

Ответ: –45,76 кДж.

62. 
    Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (+2) водородом исходя из следующих термохимических уравнений:
    

FeO_(к) + СО_(г) = Fe_(к) + CO_2(к); Н = –13,18 кДж;

СО_(г) + ¹/₂О_2(г) = СО_2(г); Н = –283,0 кДж;

Н_2(г)+¹/₂О_2(г) = Н₂О_(г); Н= –241,83 кДж.

Ответ: +27,99 кДж.

62. 
    При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод CS_2(к). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.
    

Ответ: +65,43 кДж.

62. 
    Напишите термохимическое уравнение реакции между СО_(г) и водородом, в результате которой образуются СН_4(г) и Н₂О_(г). Сколько теплоты выделится при этой реакции?
    

Ответ: 206,16 кДж.

62. 
    При взаимодействии газообразных метана и сероводорода образуются сероуглерод CS_2(г) и водород. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.
    

Ответ: +230,43 кДж.

62. 
    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.

62. 
    Вычислите теплоту образования метана исходя из следующих термохимических уравнений:
    

Н_2(г) + ¹/₂О_2(г) = Н₂О_(ж); Н = –285,84 кДж;

С_(к)+О_2(г) = СО_2(г); Н = –393,51 кДж;

СН₄ + 2О_2(г) = 2Н₂О_(ж) + СО_2(г); Н = –890,31 кДж;

Ответ: –74,88 кДж.

62. 
    Вычислите теплоту образования гидроксида кальция исходя из следующих термохимических уравнений:
    

Са_(к) + ¹/₂О_2(г) = СаО_(к); Н = –635,60 кДж;

Н_2(г)+¹/₂О_2(г) = Н₂О_(ж); Н = –285,84 кДж;

СаО_(к) + Н₂О_(ж) = Са(ОН)_2(к); Н = –65,06 кДж;

Ответ: –986,50 кДж.

62. 
    Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен –3135,58 кДж. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С₆Н_6(ж).
    

Ответ: +49,03 кДж.

62. 
    При взаимодействии трех молей оксида азота N₂О с аммиаком образуются азот и пары воды. Тепловой эффект реакции равен –877,76 кДж. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования N₂О_(г).
    

Ответ: +81,55 кДж.

62. 
    При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и моноксид азота NO_(г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите тепловой эффект в расчете на один моль NH_{3 (г)}.
    

Ответ: –226,18 кДж.

62. 
    Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением: СН₃ОН_(ж) + ³/₂О_2(г) = СО_2(г) + 2Н₂О_(ж); Н = ? Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН₃ОН_(ж) равно +37,4 кДж.
    

Ответ: –726,62 кДж.

62. 
    Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этилового спирта, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С₂Н₅ОН_(ж), если известно, что при сгорании 11,5 г его выделилось 308,71 кДж теплоты.
    

Ответ: –277,67 кДж.

62. 
    Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением: С₆Н_6(ж) + 7¹/₂О_2(г) = 6СО_2(г) +ЗН₂О_(г); Н=? Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,394 кДж.
    

Ответ:-3135,58 кДж.

62. 
    Вычислите тепловой эффект напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этана С₂Н_6(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.

62. 
    Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением: 4NH_3(г) + 3O_2(г) = 2N_2(г) + 6Н₂О_(ж); Н= –1530,28 кДж. Вычислите теплоту образования NH_3(г).
    

Ответ: –46,19 кДж.

62. 
    Теплота растворения безводного хлорида стронция SrCl₂ равна -47,70 кДж, а теплота растворения кристаллогидрата SrCl₂6H₂O равна +30,96 кДж. Вычислите теплоту гидратации SrCl₂ .
    

Ответ: –78,66 кДж.

62. 
    Теплоты растворения сульфата меди CuSO₄ и медного купороса CuSO₄5H₂O соответственно равны –66,11 кДж и +11,72 кДж. Вычислите теплоту гидратации CuSO₄ .
    

Ответ: –77,83 кДж.

62. 
    При получении одного грамм- эквивалента кальция из СаО_(к) и H₂O_(ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция.
    

Ответ: –635,6 кДж.
Направление самопроизвольных процессов
Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.

Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре идет в обратном направлении, т.е. с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации), уменьшению Н, с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением температуры, вторая растет с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.

Энтропия (S), так же как и внутренняя энергия (U), энтальпия (H), объем(V) и др., является свойством вещества, пропорциональным его количеству. S, U, H, V обладают аддитивными свойствами, т.е. при соприкосновении систем 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 (S) зависит только от начального (S₁) и конечного(S₂) состояния и не зависит от пути процесса S = S₂ – S₁.

Если S₂ > S₁ , то S > 0.

Если S₂ < S_{1 ,} то S < 0.

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка TS . Энтропия выражается в Дж/мольград. Таким образом, дви­жущая сила процесса складывается из двух сил: стремление к упорядочению (Н) и стремление к беспорядку (TS). При p = const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают G , можно найти из соотношения

G =(Н₂ –Н₁) – (TS₂ – TS₁) = H – TS;

G = H – TS.

Величина G называется изобарно- изотермическим потенциалом или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль G потенциала или G , которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому

G_x.р.= G–G .

Самопроизвольно протекающие процессы идут в сто­рону уменьшения любого потенциала и, в частности, в сторону уменьшения G., Если G < 0, процесс принци­пиально осуществим, если G > 0 – процесс самопроизвольно проходить не может. Чем меньше G , тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем даль­ше он от состояния равновесия, при котором G = 0 и H = TS .

Из соотношения G = H – TS видно, что самопроизвольно могут протекать и процессы, для которых H > 0 (эндотермические). Это возможно, когда S > 0, но | TS | > |H |, и тогда G < 0. С другой стороны, экзотермические реакции (H < 0) самопроизвольно не протекают, если при S < 0 окажется, что G > 0.