ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ I
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
Эмпирический закон Гесса для необратимых химических реакций доказан после открытия первого закона термодинамики. Использующиеся в его следствиях величины внутренней энергии (U) и энтальпии (Н) представляют собой функции состояния, изменения которых определяются только начальным и конечным состоянием системы [1, 2, 7].
Пример 1. Вычислите реакции 4KСlO3 (к) = ЗKСlО4 (к) + KСl (к) . Будет ли данная реакция экзо- или эндотермической? Для расчёта используйте термодинамические уравнения*:
1) KСlO3 (к) = KСl (к) + 3/2 O2 (г), = – 45,5 кДж. 2) KСlО4 (к) = KСl (к) + 2 О2 (г), = + 6,6 кДж.
Решение. Термохимические расчёты проводят на основании закона Гесса: тепловой эффект реакции (при Т, V = const или Т, Р = const) не зависит от пути, по которому протекает процесс, а определяется только природой исходных веществ и продуктов реакции и их физическим состоянием. Согласно закону Гесса при расчётах с термохимическими уравнениями можно производить любые алгебраические действия, т.е. переносить члены уравнений из одной части уравнения в другую, складывать, вычитать и т.д. В данном случае из уравнения 1, умноженного на 4, необходимо вычесть уравнение 2, умноженное на 3. Произведём эти действия и получим 4KClO3 (к) – 3KClO4 (к) = 4KCl (к) + 6O2 (г) – 3KCl (к) – 6O2 (г). Приводим подобные члены и получаем уравнение химической реакции, которой необходимо определить: 4KСlO3 (к) = 3KСlО4 (к) + KCl (к). Такие же действия проведём с энтальпиями этих реакций: = 4 × –3 × = 4·(– 45,5) – 3 · 6,6 = – 182,0 – 19,8 = – 201,8 кДж. Таким образом, = – 201,8 кДж. Так как = – Qр-ции, то данная реакция экзотермическая, т.е. протекает с выделением 201,8 кДж тепла. Тепловой эффект можно включить в уравнение химической реакции: 4KСlО3 (к) = 3KСl4 (к) + ЗKСl (к) + 201,8 кДж. Такая запись с тепловым эффектом называется термохимическим уравнением. *В термодинамических уравнениях указываются тепловой эффект реакции ΔH, а в термохимических – Q . Фазовое состояние и полиморфная модификация участвующих в реакции веществ обозначают символами: г – газообразное, ж – жидкое, к – кристаллическое и др. Пример 2. Рассчитайте тепловой эффект реакции горения сероводорода 1) Н2S (г) + 3/2O2 (г) = Н2О (ж) + SO2 (г) по следующим данным:
2) S (к) + H2 (г) = H2S (г), = ( H2S) = – 20,6 кДж/моль;
3) Н2 (г) + 1/2О2 (г) = Н2О (ж), = ( Н2О (ж)) = – 285,8 кДж/моль;
4) S (к) + O2 (г) = SO2 (г), = ( SO2) = – 286,9 кДж/моль. Реакция (1) экзо- или эндотермическая?
Решение. Уравнения (2) – (4) являются термодинамическими уравнениями реакций образования соответственно 1 моль H2S (г), Н2О (ж), и SO2 (г) из простых веществ в стандартных условиях: Т = 298 K и Р = 1 атм, а значит тепловые эффекты этих реакций являются стандартными энтальпиями образования указанных соединений . Справочные значения различных соединений приведены в табл. П1 приложения. Стандартные теплоты образования простых веществ = 0. Складываем уравнения (3) и (4) и вычитаем уравнение (2): H2 (г) + 1/2О2 (г) = Н2О (ж) + S (к) + O2 (г) = SO2 (г) – S (к) + H2 (г) = H2S (г) ________________________ H2 (г) + 1/2О2 (г) + S (к)+ O2 (г) – S (к) – H2 (г) = Н2О (ж) + SO2 (г) – H2S (г)
Приведём подобные члены и получим искомое уравнение (1):
H2S (г) + З/2О2 (г) = Н2О (ж) + SO2 (г); = + – . Подставив численные значения энтальпий образования H2S(г), H2O(ж) и SO2(г), получим изменение энтальпии для реакции (1): = –285,8 – 296,9 – (–20,6) = – 562,1 кДж. Полученное нами уравнение для расчёта энтальпии процесса горения сероводорода есть выражение одного из следствий закона Гесса: = (∑ )(прод) – (∑ )(исх), где (∑ ) (прод) и (∑ ) (исх) – суммы стандартных энтальпий образования продуктов реакции и исходных веществ; , – стехиометрические коэффициенты продуктов и исходных веществ в уравнении реакции. Отрицательное значение изменения энтальпии реакции горения сероводорода означает, что данная реакция экзотермическая (Qр-ции = – ). Пример 3. Вычислите тепловой эффект реакции SiO2 (к) + 4HF (г) = SiF4 (г) + 2H2O (ж). Определите, будет ли данная реакция экзо- или эндотермической. Теплоты образования химических соединений приведены в табл. П1 приложения.
Решение. Согласно следствию из закона Гесса, для процессов, которые протекают при Р = const, изменение энтальпии процесса (тепловой эффект реакции) равно разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ, умноженных на соответствующие коэффициенты. Находим для предложенной реакции:
= [ (SiF4) + 2 (H2O)] – [ (SiO2) + 4 (HF)].
Находим веществ, участвующих в реакции, в табл. П1 приложения.
Итак, = [(– 1614,9) + 2 · (– 285,8)] – [(– 910,9) + 4 ·(– 273,3)] = = – 2186,5 + 2004,1 = – 182,4 кДж. Отсюда Q р-ции = – , = + 182,4 кДж, т.е. данная реакция экзотермическая.
Пример 4. Найдите для SO2, если при горении 48 г пирита по реакции: 4FeS2 (к) + 11О2 (г) = 2Fe2O3 (к) + 8SO2 (г) выделилось 330,8 кДж тепла.
Решение. Находим тепловой эффект предложенной реакции, для чего составляем пропорцию: при сгорании 48 г FeS2 выделилось 330,8 кДж, при сгорании 4 · = 4 × 120 г Fe2S выделится х кДж: х = = 3308 кДж. Q р-ции = 3308 кДж, = – 3308 кДж. Согласно следствию из закона Гесса = [8 (SO2) + 2 (Fe2O3)] – [4 (FeS2) + 11 (O2)] , отсюда (SO2) = 1/8 – 1/4 (Fe2O3) + 1/2 (FeS2) , так как (O2) = 0. Подставим значения , используя табл. П1 приложения, получим (SO2) = 1/8 · (– 3308) – 1/4 · (– 822,2) + 1/2 (– 177,4) = = – 413,5 + 205,5 – 88,7 = – 296,7 кДж/моль. Итак, (SO2)= – 296,7 кДж/моль. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Для решений используйте данные табл. П1 приложения. 1. Вычислите тепловой эффект реакции (Q) восстановления оксида железа FeO водородом: FeO (к) + H2 (г) = Fe (к) + H2O (г), используя следующие термодинамические данные. 1. FeO (к) + CO (г) = Fe (к) + CO2 (г), = – 18,2 кДж. 2. СО (г) + 1/2 О2 (г) = СО2 (г), = – 283,0 кДж. 3. Н2 (г) + 1/2 О2 (г) = Н2О (г), = – 241,8 кДж. Ответ: Qр-ции = – 23 кДж.
2. Вычислите реакции 3N2O (г) + 2NH3 (г) = 4N2 (г) + ЗН2О (г). Будет эта реакция экзо- или эндотермической? Ответ: = – 879,6 кДж.
3. Вычислите тепловой эффект (Q) процесса образования 1 т чистого карбида кальция СаС2 по реакции СаО (к) + ЗС (к) = CaC2 (к) + CO (г). Ответ: Qр-ции = – 7,26 · 106 кДж.
4. Вычислите (SiO2) исходя из термодинамических данных для реакции: SiO2 (к) + 2Mg (к) = 2MgO (к) + Si (к), = – 292,04 кДж. Ответ: (SiO2) = – 910,94 кДж/моль.
5. Сколько теплоты выделится при сжигании 38 г сероуглерода CS2 (г) до СО2 и SO2? Ответ: Qр-ции = 552,0 кДж.
6. Исходя из термодинамических данных для реакций окисления As2O3 кислородом и озоном, протекающих по уравнениям: 1) As2O3 (к) + О2 (г) = As2O5 (к), = – 271,0 кДж; 2) 3As2O3 (к) + 2О3 (г) = 3As2O5 (к), = – 1096,0 кДж, вычислите энтальпию образования озона из молекулярного кислорода. Ответ: ( ) = 141,5 кДж/моль.
7. Вычислите полиморфного превращения графита в алмаз С (графит) = С (алмаз), на основании термохимических уравнений реакций: 1) 2С (графит) + 2О2 (г) ® 2СО2 (г) + 787,0 кДж; 2) 3С (алмаз) + 3О2 (г) ® 3СО2 (г) + 1186,2 кДж. Ответ: = + 1,9 кДж. 8. Исходя из термохимического уравнения реакции разложения перекиси водорода Н2О2 (ж) = Н2О (ж) + 1/2О2 (г) + 98 кДж, вычислите стандартную энтальпию образования Н2О2. Ответ: (H2O2) = –187,8 кДж/моль.
9. Вычислите стандартную энтальпию образования пропана (С3Н8), если известно, что при сжигании 11,0 г этого газа образуются Н2О (ж), СО2 (г) и выделилось 555 кДж тепла. Ответ: = – 103,85 кДж/моль.
10. Вычислите, используя данные табл. П1 приложения, тепловой эффект реакции: 4NH3 (г) + 5 О2 (г) = 6 Н2О (г) + 4NO (г). Ответ: Qр-ции = 902 кДж.
11. Вычислите (С2H6), исходя из термодинамических реакций: 1) 2C2H6 (г) + 7O2 (г) = 4CO2 (г) + 6H2O (г), = – 2855,56 кДж; 2) С (графит) + О2 (г) = СО2 (г), = – 393,51 кДж; 3) H2 (г) + 1/2O2 (г) = H2O (г), = – 241,8 кДж. Ответ: = – 84,67 кДж/моль.
12. Сера сгорает в закиси азота по реакции S (к) + 2N2O (г) = 2N2 (г) + SO2 (г). Сколько тепла выделится при сгорании 5 г серы? Ответ: Q = 72,02 кДж.
13. На основании закона Гесса и исходя из следующих термодинамических уравнений: 1) Н2 (г) + О2 (г) = Н2О2 (ж), = – 187,86 кДж; 2) Н2О2 (ж) + Н2 (г) = 2Н2О (г), = – 295,76 кДж; 3) Н2О (ж) = Н2О (г), = 44,02 кДж, определите изменение энтальпии для реакции 4) 2Н2 (г) + О2 (г) = 2Н2О (ж). Рассчитайте значение стандартной энтальпии образования жидкой воды и сравните Ваш результат со справочными данными. Ответ: = – 571,66 кДж.
14. Вычислите тепловой эффект реакции MgO (к) + CO2 (г) = MgCO3 (к), исходя из следующих термохимических уравнений реакций: 1) С (графит) + О2 (г) = СО2 (г) + 393,51 кДж; 2) 2Mg (к) + O2 (г) = 2MgO (к) + 1202,98 кДж; 3) 2Мg (к) + 2С (графит) + 3О2 (г) = 2МgСО3 (к) + 2191,70 кДж. Ответ: Q р-ции = 100,85 кДж.
15. По следующим термохимическим данным: 1) Si (крист.) + O2 (г) = SiO2 (кварц) + 910,94 кДж; 2) Si (аморф.) + O2 (г) = SiO2 (квapц) + 927,96 кДж, вычислите, сколько теплоты выделится при превращении 140 г аморфного кремния в кристаллический? Ответ: Q = 85,01 кДж.
16. Определите тепловой эффект реакции этерификации: СН3СООН (ж) + С2Н5ОН (ж) = СН3СООС2Н5 (ж) + Н2О (ж), исходя из следующих термодинамических уравнений: 1) СН3СООН (ж) + 2О2 (г) = 2СО2 (г) + 2Н2О (ж), = – 874,59 кДж; 2) С2Н5ОН (ж) + ЗО2 (г) = 2СО2 + ЗН2О (ж), = – 1367,53 кДж; 3) СН3СООС2Н5 (ж) + 5О2 (г) = 4СО2 (г) + 4Н2О (ж), = – 2193,06 кДж. Данная реакция экзо- или эндотермическая? Ответ: Q р-ции = – 49,06 кДж.
17. Рассчитайте тепловой эффект реакции восстановительного обжига: Са3(РО4)2 (к) + 5С (к) = ЗСаО (ж) + 5СО (г) + Р2 (г). Данная реакция будет экзо- или эндотермической? Ответ: Q р-ции = – 1806,75 кДж.
18. Этан горит с образованием углекислого газа и воды. Используя данные табл. П1 приложения и на основании термодинамического уравнения реакции С2Н6 (г) + 3,5О2 (г) = 2СО2 (г) + ЗН2О (ж); = – 1559,84 кДж, вычислите стандартную энтальпию образования этана. Ответ: ( С2Н6 ) = – 84,67 кДж/моль.
19. Рассчитайте стандартную энтальпию образования диоксида азота (NО2), исходя из следующего термохимического уравнения: 2NО2 (г) = N2O4 (г) + 57,27 кДж. Ответ: = + 34,75 кДж/моль.
20. Используя термохимическое уравнение Fe2O3 (к) + 3CO (г) = 2Fe (к) + 3CO2 (г) + 26,78 кДж, вычислите стандартную энтальпию образования оксида железа (III). Ответ: = – 822,16 кДж/моль.
ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО.
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (3315)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |