Главная страница
Навигация по странице:

  • 3.1. Вычислите, сколько тепла выделится при сгорании 100 литров (н.у.) углеводорода. Реакция горения протекает по уравнению : C

  • 3.6. Вычислите ∆Н

  • Реакции 3,5 Химическая кинетика

  • 4.3.Определите порядок и молекулярность реакции. Напишите выражение для определения скорости реакции PCl5 (г) = PCl3 (г) + Cl2 (г) Р е ш е н и е

  • 4.4.2. В табл. 4.11 приведен температурный коэффициент γ=2,5 химической реакции для вашего варианта. При температуре 15

  • 4.12. Во сколько раз необходимо повысить давление в газовой химической системе 2А + В = С, чтобы скорость образования вещества С возросла в 64 раза

  • Вариант 7. Тема строение атома


    Скачать 0.61 Mb.
    НазваниеТема строение атома
    Дата24.12.2021
    Размер0.61 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаВариант 7.doc
    ТипЗакон
    #316768
    страница2 из 3
    1   2   3
    ТЕМА 3-4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

    3.1.7., 3.2.7, 3.6.7, 3.32

    3.1. Вычислите, сколько тепла выделится при сгорании 100 литров

    (н.у.) углеводорода. Реакция горения протекает по уравнению : C4H8(г) + 6O2(г) = 4CO2(г) + 4H2O(ж) + 2718,51 кДж

    Р е ш е н и е

    В данном термодинамическом уравнении дано значение стандартной энтальпии сгорания ∆Н0сгор , то есть тепловой эффект реакции окисления 1 моля (22,4 л) газообразного бутена (С4Н8). 100 л газа в нормальных условиях (н.у.) соответствуют 22,4/100 молям газа, следовательно, при сгорании

    100 л газа выделится (2718,51·22,4/100)=⋅608,9 кДж тепла (зависимостью ∆Н от температуры пренебречь).
    3.2.Рассчитайте изменение внутренней энергии (кДж) в химической реакции.

    Т а б л и ц а 3.5


    Вариант


    Уравнения реакций

    7

    2CH4(г) = C2H4(г) + 2H2(г)

    исходных веществ и продуктов реакции находим из табл. П. 1.

    ,

    (2+1) – (2) = 1,

    где n – число молей газообразных веществ.

    По закону Гесса определяем энтальпию химической реакции

    2·52.28 + 2·(0) – 2·(–74,85) = 254.26кДж;

    R = 8,31·10-3 Дж/моль·К; Т = 298 К;

    ΔU = 254,26 – 8,31·298·10-3 = 251,78 кДж.

    3.6. Вычислите ∆Н0298 (кДж/моль), ∆S0298 (Дж/моль·К), ∆G0298 (кДж/моль) для нижеуказанных реакций. Возможна ли реакция при Р = 1атм и Т = 298 К?

    Определите температуру равновесия реакции и константы равновесия

    при 298 и 1000 К. О чем свидетельствуют значения Травн и Кравн ?

    4HCl (г) + O2 (г) = 2Cl2 (г) + 2H2O (г) ΔH = (2ΔH +2ΔH )- (4 ΔH + ΔH ) =

    = 2·0+2·(-241,84)− (4(-92,30) + 0) = -114,48 кДж.

    ΔS =(2S +2ΔS )- (4 ΔS + ΔS ) = (2·223,0+2·188,8)-(4·186,7) +205,0) = -128,2 Дж/К = -0,128 кДж/К.

    По второму закону термодинамики:

    ΔG = ΔH − Т×ΔS .

    ΔG = (-114,48) − 298×(-0,128) = -152,62 кДж, т.е. реакция при 298 К и Р = 101,3 кПа термодинамически возможна, т.к. ΔG<0.

    Рассчитаем температуру начала реакции, т.е. Травн. Для этого исходим из условия термодинамического равновесия:

    ΔG = ΔH − Т×ΔS = 0. Тогда Т = = = 753,15 К, ниже этой температуры реакция будет термодинамически возможной, так как ΔG примет значение < 0.



    Большое значение свидетельствует, что при стандартных условиях идет практически только прямая реакция.

    K равн при 1000 К определяем по формуле:



    Следовательно при T=1000 К реакция идет с большей скоростью в обратном направлении.

    Ответ: ∆Н0298 = -114,48 кДж; ∆S0298 =- 0,152 Дж/К; ∆G0298 = -152,62 кДж;

    Травн = 753,15 К; K 298 равн = 1027; K1000равн = 1,04.

    3.32. Какое количество продуктов необходимо употребить в день при определенном массовом соотношении, чтобы удовлетворить суточную энергетическую потребность организма? (Для расчетов пользуйтесь таблицей калорийности пищевых продуктов, значения которой приведены в ккал/100 г). Суточная норма в ккал студентов: мужчины – 3300 ккал/сут, женщины – 2800 ккал/сут.

    Т а б л и ц а 3.8

    Вариант

    Продукты

    Массовое соотношение продуктов

    7

    Овсяная каша: щука: маслята: масло

    сливочное: булочка

    4:2:2:1:3

    Р е ш е н и е

    По таблице калорийности пищи (табл. П.2) находим калорийность указанных продуктов: овсяная каша – 356 ккал/100 г , щука -72 ккал/100 г, маслята – 23 ккал/100 г, масло сливочное -734 ккал/100 г: булочка 250 ккал/100 г.

    Так как массовое соотношение продуктов 4:2:2:1:3, то за единицу употребления пищи принимаем следующие значения: 400 г овсяная каша: 200 г щука: 200 г маслята:100 г масло сливочное:300 г булочка. При употреблении такого количества пищи вы будете получать следующее количество энергии (Q) (ккал):

    Q = 4·356+2·72+2·23+1·734+3·250= 3098 ккал.

    Если вы юноша, то в среднем потребляйте Qср. = 3300 ккал/сут, если девушка, то Qср. = 2800 ккал/сут. Найдем коэффициент умножения продуктов (n)

    n = Qср./Q.

    Для юноши, тогда n = 3300/3098 = 1,09 раза, значит вам необходимо умножить единицу потребления пищевых продуктов на величину 1,09, т. е. макаронных изделий необходимо употребить 436 г овсяная каша: 218 г щука: 218 г маслята:109 г масло сливочное 327 г булочка.

    Это то количество продуктов, которое вы должны употребить для удовлетворения суточной энергетической потребности организма, при определенном массовом соотношении данных продуктов.
    3.10. Укажите, какие из фазовых переходов будут экзотермическими, какие – эндотермическими: 1) Hg(тв)= Hg(ж); 2) Na(тв)= Na(ж); 3) I2(г) = I2(тв); 4) C(графит) = C(алмаз); 5) Br2(г) = Br2(ж); 6) S(ромб) = S(г).

    При фазовых превращениях «твёрдое вещество» → «жидкость» → «газ» теп- лота поглощается, т. е. это процессы эндотермические Q < 0, ΔH > 0 потому, что каждое последующее состояние по сравнению с предыдущим характеризуется увеличением подвижности частиц, образующих вещество. Такая возрастающая подвижность частиц связана с частичным разрывом связей в структуре вещества, что требует затраты энергии. Это реакции 1,2,4,6
    Обратный переход сопровождается выделением те- плоты – процессы экзотермические Q > 0, ΔH < 0. Переход вещества из аморфного состояния в кристаллическое сопровождается выделением тепла (Q > 0, ΔH < 0), что связано с упрочнением связи. Если кристаллическое вещество превращается в аморфное, то теплота поглощается (Q < 0, ΔH > 0), эта теплота идёт на разрушение кристаллической решётки. Реакции 3,5

    Химическая кинетика

    4.1. Постройте кинетическую кривую расходования вещества А и определите графически начальную скорость (V0), порядок (n) и константу скорости (k) для реакции вашего варианта (табл. 4.5, 4.6).

    Т а б л и ц а 4.5

    Вариант


    [A] = f (τ)


    7

    τ, с

    [A], моль/л

    0

    1,000

    0,4

    0,992

    0,7

    0,986

    1,0

    0,980

    1,6

    0,969

    Р е ш е н и е

    1) Строим кинетическую кривую расходования вещества А в координатах «концентрация – время» (рис. 4.1), проводим касательную к начальному участку кривой и определяем начальную скорость реакции

    моль/л·с.

    с, моль/л

    с

    Рис. 1. Кинетическая кривая расходования вещества А
    2) Находим порядок реакции (n) и константу скорости (k) по кинетической кривой расходования вещества А. Для этого спрямляем кинетическую кривую в координатах «ln c – τ» (для реакции 1-го порядка) (рис. 4.2) или в координатах «1/c – τ» (для реакции 2-го порядка) (рис. 4.3).

    Т а б л и ц а 4.2


    ln c

    0,000

    -0,008

    -0,014

    -0,020

    -0,031

    1/c, л/моль

    1,000

    1,008

    1,014

    1,020

    1,032

    τ, с

    0

    0,4

    0,7

    1

    1,6



    ln c

    τ, c

    Рис. 2 . Изменение концентрации вещества А во времени для реакции 1-го порядка

    1/c

    τ, c

    Рис. 3. Изменение концентрации вещества А во времени для реакции 2-го порядка
    Для реакции 1-го порядка

    ln c = ln c0k·τ; k = .

    Отрезок, отсекаемый на оси ординат – ln c0, а tg α = k. Как видно из рис. 4.2, реакция расходования вещества А не является реакцией 1-го порядка.

    Для реакции 2-го порядка

    1/c = 1/c0 + kτ.

    Отрезок, отсекаемый на оси ординат – 1/c0, tg α = .

    k = л/моль·с.

    Как видно из рис. 3, реакция расходования вещества А является реакцией 2-го порядка.

    Таким образом V0 = 0,02 моль/л·с; k=0,02 л/моль·с.
    4.3.Определите порядок и молекулярность реакции. Напишите выражение для определения скорости реакции

    PCl5 (г) = PCl3 (г) + Cl2 (г)

    Р е ш е н и е

    Порядок реакции определяется суммой величин показателей степени при значениях концентраций исходных веществ в кинетическом уравнении:

    V1 = K1[PCl5]

    Реакция первого порядка.

    Молекулярность реакции определяется числом молекул, одновременным взаимодействием которых осуществляется акт химического взаимодействия. Реакция одномолекулярная

    Выражение для определения скорости реакции первого порядка

    V = K·CА,

    где СА– концентрация реагента СО.
    4.4.2. В табл. 4.11 приведен температурный коэффициент γ=2,5 химической реакции для вашего варианта. При температуре 15 оС реакция заканчивается за τ=12,5 мин. Определите время протекания реакции при температуре 35 оС.

    Р е ш е н и е

    V35= V15· γ = V15·2,51,25, отсюда V2/V1 = 2,51,25 = 3.

    Таким образом, скорость реакции при повышении температуры на 20оС увеличится в 3 раза. Время уменьшится в 3 раза.

    4.5. Напишите выражение и вычислите константу равновесия обратимой реакции, исходные и равновесные концентрации компонентов в системах (величины, которые нужно вычислить, обозначены через Х). Определите, в какую сторону сместится равновесие обратимой реакции при повышении температуры; как изменится скорость прямой и обратной реакций, если объем газовой смеси изменить в n раз (табл. 4.13).

    Вариант

    Уравнение реакции

    Кс

    Равновесные концентрации,

    моль/л

    Исходные концентра-

    ции,

    моль/л

    ΔН , 0х.р.

    кДж/моль

    n

    1

    H2 + I2 (г) ↔

    ↔ 2HI

    X

    [H2] = 0,1;

    [I2] = 0,2;

    [HI] = 0,6

    [H2] = X1;

    [I2] = X2

    51,9

    уменьшить в 2 раза




    1. Составим схему:

    Уравнение реакции

    H2

    I2

    2HI

    Исходные концентрации:

    Х1

    Х2

    0

    Прореагировало










    Равновесные концентрации

    0,1

    0,2

    0,6

    Находим константу равновесия:



    Обозначим , тогда для получения 0,6 HI, необходимо 0,3 моль/л H2, Исходная концентрация Х1= [H2]=0,3+0,1=0,4 моль/л.

    Х2= [I2]=0,3+0,2=0,5 моль/л.

    2) Так как ΔН > 0, то данная реакция является эндотермической и при повышении температуры равновесие сместится вправо.

    3) Запишем выражение для скорости прямой реакции до изменения объема газовой смеси

    Vпр=Kc[H2][I2]

    Уменьшение объема газовой смеси в 2 раза равносильно увеличению давления и концентрации в 2 раза:

    Скорость прямой реакции уменьшится в 4 раза.

    Скорость обратной реакции определяется формулой

    Vобр=Kc[HI]2

    Уменьшение объема газовой смеси в 2 раза равносильно увеличению давления и концентрации в 2 раза:

    Скорость обратной реакции уменьшится в 4 разf.

    Таким образом, при уменьшении объема газовой смеси в 2 раза, скорость прямой реакции уменьшается в 4 раз, а обратной в 4 раза. В целом равновесие данной реакции не смещается.

    4.12. Во сколько раз необходимо повысить давление в газовой химической системе 2А + В = С, чтобы скорость образования вещества С возросла в 64 раза?

    Решение:

    V=k[A]2[B], если считать концентрации А и В одинаковыми, то:

    V2/V1= k[хA]2[хB] /k[A]2[B]=64=[х]3

    Х=4.

    Ответ: в 4 раза
    1   2   3


    написать администратору сайта