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: 4 из 13

Таблица 2

Стандартные изобарные потенциалы образования

G⁰₂₉₈ некоторых веществ

Вещество	Состояние	G0298, кДж/моль	Вещество	Состояние	G0298, кДж/моль
ВаCO3	к	–1138,8	FeO	к	–244,3
СаCO3	к	–1128,37	H2O	ж	–237,19
Fe3О4	к	–1014,2	H2O	г	–228,59
ВеCO3	к	–944,75	CO	г	–137,27
СаO	к	–604,2	CH4	г	–50,79
ВeO	к	–581,61	NO2	г	+51,84
ВаO	к	–528,4	NO	г	+86,69
CO2	г	–394,38	C2H2	г	+209,20

Пример 1. Что имеет большую энтропию: 1 моль кристаллического вещества или 1 моль его паров при той же температуре?

Решение. Энтропия есть мера неупорядоченного состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) имеют упорядоченное расположение и могут находиться лишь в некоторых точках пространства, а для газа таких ограничений нет. 1 моль газа имеет гораздо больший объем, чем 1 моль кристалла, и возможность хаотичного движения молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия моля паров вещества больше энтропии моля его кристаллов при одинаковой температуре.

Пример 2. Прямая или обратная реакция будет протекай при стандартных условиях в системе

СН_4(г) + СО_2(г) ⇄ 2СО_(г) +2Н_2(г);

Решение. Для ответа на вопрос следует вычислить G⁰₂₉₈ прямой реакции. Значения G⁰₂₉₈ соответствую­щих веществ даны в табл. 2. Зная, что G есть функция состояния и что G для простых веществ, находящихся в агрегатных состояниях, устойчивых при стандартных условиях, равны нулю, находим G⁰₂₉₈ процесса:

G⁰₂₉₈ = 2(–137,27) + 2 (0) – (–50.79 – 394,38) = +170,63 кДж.

То, что G⁰₂₉₈ > 0, указывает на невозможность само­произвольного протекания прямой реакции при Т = 298 К и равенстве давлений взятых газов 101,3 кПа.

Таблица 3

Стандартные абсолютные энтропии S⁰₂₉₈ некоторых веществ

Вещество	Состояние	S0298, Дж/мольК	Вещество	Состояние	S0298, Дж/мольК
C	Алмаз	2,44	NH3	г	192,50
С	Графит	5,69	CO	г	197,91
S	Ромб.	31,9	C2H2	г	200,82
FeO	к	54,0	O2	г	205,03
H2O	ж	69,94	H2S	г	205,64
NH4Cl	к	94,5	NO	г	210,20
CH3OН	ж	126,8	CO2	г	213,65
H2	г	130,59	C2H4	г	219,45
Fe3O4	к	146,4	Cl2	г	222,95
CH4	г	186,19	NO2	г	240,46
HCl	г	186,68	PCl3	г	311,66
H2O	г	188,72	PCl5	г	352,71
N2	г	191,49

Пример 3. На основании стандартных теплот образования (табл. 1) и абсолютных стандартных энтропий веществ (табл. 3) вычислите G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению: .

СО_(г) + Н₂О_(ж) = СО_2(г) + Н_2(г)

Решение. G= H– TS; H и S – функции состояния, поэтому:

Н_х..р.= Н_прод–Н_исх ; S_.х.р.= S_прод–S_исх .

Н_х.р.= (–393,51 + 0) – (–110,52 – 285,84) = + 2,85кДж;

S_х.р.= (213,65 + 130,59) – (197,91 + 69,94) = + 76,39 =0,07639кДж/мольград;

G = + 2,85 – 298(0,07639) = –19,91 кДж

Пример 4. Восстановление Fe₂О₃ водородом протекает по уравнению:

Fe₂О_3(к) + ЗН_2(г) = 2Fe_(к) + ЗН₂O_(г); Н =.+96,61 кДж.

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии S = 0,1387 кДж/мольК? При какой температуре начнется восстановление Fe₂О₃ ?

Решение. Вычисляем G реакции: G = H – TS = 96,61 – 298(0,1387) = +55,28 кДж. Так как G > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой G = 0:

H= TS ; T= H/S = 96,61/0,1387= 696,5 К.

Следовательно, при температуре  696,5 К начнется реакция восстановления Fe₂О₃ . Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

81. Теплоты образования Н₂₉₈ оксида и диоксида азота соответственно равны +90,37 кДж и +33,85 кДж. Определите S₂₉₈ и G₂₉₈ для реакций получения NO и NO₂ из простых веществ. Можно ли получить эти оксиды при стандартных условиях? Какой из оксидов образуется при высокой температуре? Почему?

Ответ: +11,94 Дж/мольК; –60,315 Дж/мольК; +86,81 кДж; +51,82 кДж.

82. 
    При какой температуре наступит равновесие системы 4НСl_(г)+О_2(г) ⇄ 2H₂О_(г) + 2Cl_2(г); Н = –114,42 кДж? Что в этой системе является более сильным окислителем: хлор или кислород и при каких температурах?
    

Ответ; 891 К.

83. 
    Восстановление Fe₃О₄ оксидом углерода идет по уравнению Fe₃О_4(к) + СО_(г) = 3FeO_(к) + СО_2(г). Вычислите G₂₉₈ и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно S₂₉₈ в этом процессе?
    

Ответ:+24,19 кДж; +31,34 Дж/мольК .

84. Реакция горения ацетилена идет по уравнению

С₂Н_2(г) = ⁵/₂О_2(г) = 2СО_2(г) + Н₂О_(ж)

Вычислите G₂₉₈ и S₂₉₈ объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

Ответ: –1235,15 кДж; –216,15 Дж/мольК.

85. 
    Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите S₂₉₈ для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.
    

Ответ: а) 118,78 Дж/мольК; б) –3,25 Дж/мольК.

86. 
    Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция, протекающая до уравнению:
    

Н_2(г) + СО_2(г) = СО_(г) + Н₂О_(ж); Н = –2,85 кДж.

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите G⁰₂₉₈ этой реакции.

Ответ: +19,91 кДж.

87. 
    Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе:
    

2NO_(г) + O_2(г) ⇄ 2NO_2(г)

Ответ мотивируйте, вычислив G⁰₂₉₈ прямой реакции.

Ответ:–69,70 кДж.

88. 
    Исходя из значений стандартных теплот образований и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению
    

NH_3(г) + HCI_(г) = NH₄Cl_(к)

Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

Ответ:–92,08 кДж.

89. При какой температуре наступит равновесие системы

СО_(г) + 2H_2(г) = СН₃ОН_(ж); Н = –128,05 кДж?

Ответ:  385,5 К.

90. 
    Эндотермическая реакция взаимодействия метана с диоксидом углерода протекает по уравнению:
    

СН_4(г) + СО_2(г) = 2СО_(г) + 2Н_2(г); Н=+247,37 кДж.

При какой температуре начнется эта реакция?

Ответ:  961,9 К.

91. Определите G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

4NH_3(г) + 5O_2(г) = 4NO_(г) +6Н₂О_(г)

Вычисления сделайте на оснований стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий cоответствующих веществ. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: –957,77 кДж.

92. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите G₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

СО_2(г) + 4Н_2(г) = СН_4(г) + 2Н₂О_(ж)

Возможна ли такая реакция при стандартных условиях?

Ответ:–130,89 кДж.

93. Вычислите изменение энтропии в результате реакции образования аммиака из азота и водорода. При расчете можно исходить из S₂₉₈ соответствующих газов, так как S с изменением температуры изменяется незна­чительно. Чем можно объяснить отрицательные значения S?

Ответ: –198,26 кДж/мольK.

94. Какие из карбонатов: BeCO₃ , СаСО₃ или BàCO₃ – можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО₂? Какая реакция идет наиболее энергичнее? Вывод сделайте, вычислив G₂₉₈ реакций.

Ответ: +31,24 кДж; –130,17 кДж; –216,02 кДж.

95. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите G₂₉₈ реакций, протекающей по уравнению

СО_(г) + ЗН_2(г) = СН_4(г) + Н₂О_(г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ:–142,16 кДж.

96. Образование сероводорода из простых веществ протекает по уравнению

Н_2(г) +S_ромб =H₂S_(г); Н=–20,15 кДж.

Исходя из значений S₂₉₈ соответствующих веществ определите S₂₉₈ и G₂₉₈ для этой реакции.

Ответ: +43,15 Дж/мольK; –33,01 кДж.

97. 
    На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите G₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению
    

С₂Н_4(г) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) + 2Н₂О_(ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях ?

Ответ: –1331,21 кДж

98. 
    Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe₃O₄ , протекающая по уравнению
    

Fe₃O_4(к) + CO_(г) = 3FeO_(к) + CO_2(г); H = +34,55 кДж.

Ответ: 1102,4 К.

99. 
    Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающих по уравнениям:
    

PCl_5(г) = PCl_3(г) + Cl_2(г); H = +92,59 кДж.

Ответ: 509 К.

99. 
    Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям
    

2СН_4(г) = С₂Н_2(г) + 3Н_2(г)

N_2(г) + 3Н_2(г) = 2NН_3(г)

С_графит + О_2(г) = СО_2(г)

Почему в этих реакциях S₂₉₈ > 0; < 0;  0?

Ответ: 220,21 Дж/мольK; –198,26 Дж/мольK; 2,93 кДж/мольK.