Роберт Вильгельм Бунзен

• Название: Роберт Вильгельм Бунзен
• Анкор: metodichka_fizicheskaya_khimia.docx
• Дата: 21.05.2018
• Размер: 2.24 Mb.
• Имя файла: metodichka_fizicheskaya_khimia.docx
• Тип: Реферат; #19496
• страница: 4 из 21

Задача2 Рассчитать (по теплоте сгорания) стандартную теплоту образования глицерина С₃Н₈О₃(ж)

Решение Из определения теплот образования следует, что Н_ʄ298 (СзH8Оз) - это тепловой эффект реакции:

ЗС(гр) + 4Н₂ +3/20₂ = СзН₈Оз(ж),

используя следствие из закона Гесса, можно записать:

ΔН_ʄ298 (Сз Н₈ Оз)=3 ΔН_сгор.(Ст) + 4 ΔН_сгор./Н₂) - ΔН_сгор(Сз Н₈ Оз)

Теплоты сгорания простых веществ при стандартных условиях численно равны стандартной теплоте образования продукта сгорания, т.е. для реакций

Н₂+1/20₂ = Н₂О_(ж)

из справочника (5) определяем С + 0_2(г) ⁼С0_2(г)

ΔН_{298.сгор.}(Н₂) = ΔН_ʄ298(Н₂Ож) =-241.81 Кдж/моль

ΔН_298.сгор (С_гв) = ΔН_ʄ298(СО₂) = -393.51 Кдж/моль.

Теплоты сгорания органических веществ в стандартных условиях приведены в[1,ст.45].

ΔН_сгор298 (С₃ Н₈ О_3ж)= -1661.05 Кдж/моль.

тогда Н_ʄ298 (С3Н8Оз) = [3(-393,51) - 4(-285,83)]- (-1661.05)= -602.8 Кдж/моль По справочным данным эта величина равна -668.6 Кдж/моль.

Задача 3 Дайте заключение о возможности самопроизвольного протекания химической реакции при Т=298К

СНз -CН- COOН СНз -C-COOН +Н₂
ОН О

молочная к-та пировиноградная к-та

Вещество	ΔНʄ298 Кдж/моль	S298 Дж/моль*К
Молочная к-та	-673	192
Пировиноградная к-та	-586	179
Н2	0	130

Решение. Рассчитаем :

Изменение энтальпии: ΔНр = (-586+0)-(-673)=87(кДж)

Изменение энтропии: ΔSр = (179+130)-192 = 117 (Дж/К)

Изменение энергии Гиббса по уравнению Гиббса - Гельмгольца (первое приближение)

ΔG₂₉₈= ΔН₂₉₈-T ΔS₂₉₈=87*10³-298*117=52134(Дж)52,1 кДж

реакция самопроизвольно протекать не может т.к. ΔG₂₉₈ > 0.
Задача 4. При 1000К и 1,013*10⁵Па из исходной смеси, содержащей 1 моль SО₂ и 0,6 моль О₂, при достижении равновесия образовалось 0,22 моль SОз. Определить Кр для реакции 2SO₂ + О₂ = 2SO₃

Решение. На образование 0,22 моль SO₂, согласно уравнению реакции израсходовано 0,22 моль SO₂ и 0,11 моль кислорода. Запишем число молей: 2SO₂ + О₂ = 2SO₃

в исходной смеси 1 0,6 0

в равновесной смеси (l-0,22)(0,6-0,1l) 0,22

0,78 0,49

Σv = 0,22+0,78+0,49= 1,49

Pso₂ =Nso₂*Poбщ. = (0,78/1,49)*1,013 *10⁵=5,31*10⁴Па

Po₂ = (0,49/1,49)* 1,013*10⁵= 3,22*10⁴Па

Pso₃= (0,22/1,49)* 1,013*10⁵= 1,5*10⁴Па

Kp= Pso₃/( Pso₂* Po₂) =(( 1,5*10⁴)²)/((5,31*10⁴)²*3,22* 10⁴) = 2,4*10-Па^-1
Задача 5. Для реакции: СО + CL₂ = COCL₂ при 600°С константа равновесия равна 6,386. В каком направлении будет протекать реакция, если в 1 л реакционной смеси находится

а) 1моль СО :1моль CL₂: 4моль COCL₂

б)1 моль СО : 1моль CL₂: 8моль COCL₂

в) 1мольСО: 1,565 моль CL₂ :10 моль COCL₂

Решение Воспользуемся уравнением изотермы химической реакции.

ΔG = - RTlnKc+RTln (C_COCL2)/(C_co*C_CL2)

а) ΔG = - RTln 6,386 - RTln 4

He производя вычислений, а лишь сравнив величины, стоящие за знаком логарифма, можно сделать вывод, что G<0. Это значит, что при смешивании реагирующих веществ в указанных соотношениях реакция пойдёт в сторону образования COCL₂

б) ΔG= - RTln 6,386+RTln 8

Сравнив оба слагаемых, можно сделать вывод, что ΔG>0. Это значит, что при смешивании реагирующих веществ в указанных соотношениях реакция пойдёт в сторону образования COCL₂.

в) ΔG= - RTln 6,386+RTln 6.386

Сравнив оба слагаемых, можно сделать вывод, что ΔG=0. В этом случае система находится в стоянии химического равновесия.
Задача 6. Рассчитать значение константы равновесия для реакции при 1000К, если изменение энергии Гиббса равно (-100,79 кДж)

1/2H_2(г)+l/2CL_2(г)= HCL_(г)

Решение. Воспользуемся уравнением изотермы при стандартных условиях. ΔG=RTlgКр,

lnKp=(-ΔG_т)/(2,3*RT)= (-100,79)/(2,3*8,31*1000)=5,27Кр = 1,86* 10⁵

Пример решения контрольного задания по теме "Термодинамика"
2СН₄ → С₂Н₂ +3 Н₂

1. 
   Для указанной реакции при стандартных условиях вычислить:
   

• 
  изменение энтальпии;
  
• 
  качественно и количественно найти изменение энтропии;
  
• 
  определить возможность протекания реакции.
  

2. 
   Как изменится тепловой эффект реакции, если провести её при 1500К.
   
3. 
   Определить возможность протекания реакции при 1500К.
   
4. 
   Рассчитать константу равновесия для температур 298К и 1500К. Сделать вывод о состоянии равновесия.
   

Решение

1. 
   Выпишем табличные данные, необходимые для решения [5].
   

Вещества	ΔНʄ298 кДж/ моль	S298 Дж/ моль*К	ΔG298 кДж/ моль	Cp=ʄ(T)				температурный интервал
				а	b*103	c*106	c*10-5
СН4(г)	-74,9	186,2	-50,8	14,32	74,66	-17,43	-	298-1500
С2Н2(г)	226,8	200,8	209,2	26,44	66,65	-26,49	-	298-1000
Н2(г)	0	130,5	0	27,28	3,26	-	0,5	298-3000
Δ	376,6	219,9	310,8	79,64	-72,89	8,38	1,5
Мо=0,8141:М1=0,04814×103:М2=0,3362×106:М-2=0,361×10-5[5. стр92]

Определим изменение энтальпии при стандартных условиях по следствию из закона Гесса: ΔН_ʄ298= ΔН_{ʄ КОН} ΔН_ʄИСХ. = 226,8+3×0-2×(-74,9)=376,6 кДж

Реакция идёт с поглощением тепла.

2. 
   Энтропия - это функция характеризующая меру беспорядка в системе, а т.к. в системе находятся только газообразные вещества, и количество молей их возрастает при переходе системы из исходного состояния в конечное, то энтропия при этом возрастает.
   

Количественно изменение энтропии определим по формуле:

ΔS₂₉₈= S_298(кон)- S_298(исх)= 200,8+3* 150,5-2* 186,2=219,9 Дж/К

3. 
   Возможность протекания реакции определим по величене G₂₉₈, которою можно вычислить двумя способами:
   

а) по табличным данным:

ΔG_ʄ298 = ΔG_ʄкон - ΔG_ʄисх = 209,2+3*0- (-50,8)=310,8 кДж

б) по энергии Гиббса-Гельмгольца:

AG₂₉₈= ΔH₂₉₈ - ТΔS₂₉₈ = 376,6* 10³ -298*219,9=376*10³- 65500=311100L=311кДж Т.к. ΔG₂₉₈>0, следовательно, реакция при этих условиях самопроизвольно идёт в обратном направлении.

4. 
   Тепловой эффект при 1500К рассчитаем по уравнению Кирхгофа
   

ΔH₁₅₀₀= ΔН₂₉₈ - Δа(1500 - 300)+(( Δb/2)(1500² -300²))+ (( Δ С/3)(1500³-300³)-

- (ΔС¹ ((1/1500)-(1/300)))

(298К округляем до 300)

Δа, ΔЬ, Δс, Δс¹ найдём по следствию из закона Гесса:

Δа =(26,44+3*27,28) - 2*14,32=79,64 Дж/К

Δb =(66,65+3*3,26) - 2*74,66=-72,89*10^-3 Дж/К

Δс =-26,48-2*(-17,43)=8,38* 10^-6 Дж/К

Δс¹= 3*0,5=1,5* 10^-5 Дж/К

ΔH₁₅₀₀ =376,6*10^-3+79,64*1200-((72,89/2)*10^-3)(1500²-300²)+((838/3)*10^-6)(1500³-

-300³)- 1,5*10⁵((1/1500)-(1/300)))=402,5кДж

5. 
   Возможность самопроизвольного протекания реакции при 1500К определить по G₁₅₀₀, которую вычислим с использованием метода Темкина-Шварцмана:
   

ΔG₁₅₀₀ =ΔН₂₉₈ - ТΔS₂₉₈- Т(Δа М₀ + Δb M₁ + ΔсМ_-2 + Δс¹M₂) =

= (376,6* 10³)-1500*219,9-1500(79,64*0,8141 - (72,89* 10³)*(0,4814*10^-3))+

+(1,5*10⁵)*(0,361 * 10^-5)+(8,38*10^-6)*(0,3362* 10⁶)=-2,9

т.е.при этих условиях протекание реакции возможно.

6. 
   Константа равновесия реакции равна Кр=([С₂Н₂]*[Н₂]³)/[СН₄]²
   

Величину Кр при Т= 298К и 1500К рассчитаем по уравнению изотермы реакции при стандартных условиях.

ΔG= - RTln Кр = -2,3RTlg Kp

1nКр=-( ΔGT/RT); lgKp=-( ΔG_t/2,3RT)

1nКр= -(311 * 10³)/(8,31 *298)=-126 : Кр₍₂₉₈₎= 1,9* 10^-55

1nКр= -(-2,9* 10³ )/(8,31 *1500)=0,23: Kp₍₁₅₀₀₎=1,26

По величине Кр можно сделать вывод о состоянии равновесия в системе. При 298К Кр очень мала, следовательно, система далека от состояния равновесия и реакция идёт в обратном направлении. При 1500К Кр близка к 1 поэтому можно сделать вывод, что система близка к состоянию равновесия.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

• 
  Сжигание 1 моль глюкозы при 298К и 101,3 кПа даёт 2801,69 кДж тепла
  

2С₆Н₁₂О_6(т) + 6О_2(г) 6СО_2(г)+6Н₂О_(ж)

Рассчитать стандартную теплоту образования глюкозы т.е. тепловой эффект реакции

6С_(Гр) + 6Н₂О + 3О₂ С₆Н₁₂О₆

Ответ:-1010,41кДж

• 
  При сгорании 1гбензойной кислоты в калориметре постоянного объёма по данным эксперимента, выделилось 26,4 кДж теплоты:
  

2С₆Н₅СООН_(г) + 15О2_(г) 14 СО_2(г) + 6Н₂О_(ж)

Рассчитать ΔН(сгор) 1 моль бензойной кислоты при 300 К (считать, что давление равно 101,3 кПа)

Ответ:-3300

• 
  Теплота сгорания сахарозы
  

C₁₂H₂₂O_11(г)+ 12О_2(г) = 12СО_2(г) + 11Н₂О : ΔН = -5650 кДж/моль

теплота сгорания водорода Н_2(г)+1/2О_2(г)= Н₂О : ΔН= -286 кДж/моль

теплота сгорания углерода до СО₂ΔН = - 393 кДж /моль

Вычислить теплоту образования сахарозы. Вывести общую формулу расчёта теплот образования из теплот сгорания.

Ответ:-2212

• 
  По тепловым эффектам реакций:
  

Na₂CО₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + СО₂ : ΔН₂₉₈ =81,3 кДж

Na₂О + SiO₂ = Na₂SiO₃ : ΔН₂₉₈ =-243,5 кДж

определить расход теплоты на разложение 5 кг Na₂CO₃ на Na₂О и СО_2.

Ответ: 15266 кДж

• 
  Интегральная теплота растворения NН₄Сl : ΔН_раст =15,11кДж/моль.
  

При растворении 1,473 г соли в 528,5г воды температура понизилась на 0,174°. Удельная теплоемкость раствора теплоёмкость раствора 4,11 Дж/г*град. Определить тепловую константу колориметра.

Ответ: 212,6 Дж/град.

• 
  Интегральная теплота растворения MgSO_4.
  

ΔН_раст.= -85,06 кДж/моль. Теплота гидратации соли по уравнению

MgS0₄+7Н₂О=MgSO₄7H₂О составляет ΔН_гидр = - 101,2 кДж/моль.

Определить теплоту растворения кристалогидрата.

Ответ: 16.14 кДж/моль.

• 
  Рассчитать тепловой эффект получения этилового эфира аминобензойной кислоты (полупродукта при получении анестезина) при стандартных условиях по уравнению реакции
  

4С₂Н₅О - СО – С₆Н₄ NО₂ + 9Fe + 4Н₂О = 4С₂Н₅О - СO – С₆Н₄NН₂ +3Fe₃О₄

Вещество	ΔН298 кДж/моль
С9Н9NO4	-463,2
H2O(ж)	-285,8
C9H11NO2	-1759,0
Fe3O4	-1068

Ответ:-7244 кДж

• 
  Рассчитать тепловой эффект реакции получения газообразного хлороформа при температуре 600 К.
  

CH_4(г)+ЗСl_2(г) = СНСl₃ +ЗНСl

Вещество	ΔНʄ298 кДж/моль	Ср298ДЖ/моль*К
СН4	-74,9	17,5
Сl2	0	36,7
CHCl3	-100,4	81,4
HCl	-92,3	26,5

Ответ: -293.3кДж.

• 
  Определить ΔНт при 323К для реакции 4NH_3(г)+ 3О_2(г) = 2N_2(г) +6Н₂О_г приняв, что теплоёмкость участников реакции не зависит от температуры (ΔСр= const= ΔCp₂₉₈)
  

Ответ: -1524.2 кДж.

• 
  Для реакции: СО_(г) + ЗН_2(Г) = СН_4(г)+ Н₂О рассчитать изменения изобарно-изотермического потенциала при 500К в трёх приближениях.
  

• 
  Определить возможность протекания реакции получения хлороформа при стандартных условиях.
  

СН_4(г)+ ЗСl_2(г) = CHCl +3HC1

• 
  Взято 42,0г N₂O₄ в обьёме 0,01835 при 50°С и 0,946*10⁵ н/м².
  

N₂O₄ диссоциирует по уравнению:

N₂O₄ 2NО₂

Вычислить степень дисоциации и константу равновесия.

Ответ: 0,417; 0,797*10⁵н/м²

• 
  Константа равновесия реакции:
  

РСl₃+Сl₂=РСl при 500К равна Кр= 2,96*10⁵ (н/м²)^-3.

Определить степень дисоциации при этой температуре, если общее давление равно 8,14* 10^-5 н/м²

Ответ: 0,2

• 
  Давление диссоциации NiO при 600ºС равно 4*10^-17мм ртутного столба. Определить изменение изобарно-изотермического потенциала для реакции:
  

2Ni +О₂ =2NiO_(TB) при этой температуре, если кислород взят под давлением 1,013*10⁵н/м². Возможен ли процесс окисления никеля при указанных условиях.

Ответ: -321,8 кДж

• 
  Константа диссоциации N₂О₄ по уравнению
  

N₂О₄ 2N₂O при 50° С равна 0,797*10⁵ н/м. Определить направление процесса при следующих значениях парциальных давлений компонентов. P_N2O4 = 1,013 *10⁵ н/м²: Pno: = 1.013 * 10³ н/м²

Ответ: 0,643 кДж.