Яглов В.Н. (ред.) Задачи предлабораторного контроля по химии

Подождите немного. Документ загружается.

3. Написать формулу для расчета стандартной

энтальпии растворения вещества.

Ответ:

-1000

(С

ра

-т

ра

-ДО-М

(кДж/моль)

-1000

4. Написать формулу для расчета изменения

стандартной энтропии реакции (I следствие из закона Гесса).

Ответ:

5"(298

К) =

Еп,5°(298К)

прод.

-1

п,5°(298

К) исх., (Дж/К)

УРОВЕНЬ В

1. Рассчитать изменение стандартных энтальпии и

энтропии химической реакции:

4НС1

2(г)

2Н

(г)

2С1

2(Г)

Дано:

Уравнения химической

реакции.

РЕШЕНИЕ:

Изменение стандартных энтальпии

и энтропии химической реакции

Н"Г298

•>

рассчитываем исходя из первого

' следствия закона Гесса:

Дг8°(298

К) - ?

Н°(298

К) =

[2Д,Н°(298

К,

(г)

)

2А

Н°(298

К,

С1

2(г)

)]

[4А,Н°(298

К, НС1

(г)

)

Н"(298

К,

2(г)

)];

3°(298

К) =

[25°(298

К,

(Г)

)

+ 25°(298 К,

С1

2(г)

)]

- [45°(298 К,

НС1

(Г)

)

8°(298

К,

2(г)

)];

где

Н°(298

К, В) и 5°(298 К, В) - стандартные

энтальпии

о разования и энтропии веществ, которые находим из таблицы

Н°(298

К)

кД ж/моль

3°(298 К),

Дж/(моль-К)

НС1

(г)

4(-92,3)

4(186,8)

(г)

205

2Н

(г)

2(-241,84)

2(188,7)

+ 2С1

2(Г)

2(222,9)

Тогда:

Н°(298

К)

2-(-241,84)

4-(-92,3)

-114,48

кДж

Аг5°(298 К)

(2-188,7

2-222,9)

(4-186,8

+ 205) =

-129

Дж/К

Ответ:

Н°(298

К) =

-114,48

кДж,

3°(298

К)

-129

Дж/К

V 2. Стандартная энтальпия сгорания этилена

(С

)

равна (-1410,8)

кДж/моль.

Написать термохимическое

уравнение сгорания этилена и вычислить стандартную

энтальпию его образования.

Дано:

Н°(298

К,

4г

)

^-1410,8

кДж/моль\

Д,Н°(298

К,

4(Г

))

- ?

РЕШЕНИЕ:

Составляем реакцию

горения этилена:

1С

4(Г)

2(г)

2С0

2(Г)

2Н

(Ж)

Н°(298

К) = -

1410,8

кДж/моль. (1)

Стандартной энтальпией сгорания вещества называется

тепловой эффект реакции полного сгорания 1 моль данного

вещества до

СО

(Г

)

(ж)

при стандартных условиях.

Следовательно для данной реакции

(1),

Н°(298К)

-1410,8кДж.

Для нахождения

Н°(298

К,

(

Г)

)

используем первое

следствие из закона Гесса для этой же реакции

(1):

А,Н"(298

К)=

=2А,Н°(298

К,СО

г))

+2А

(

Н°(298

К,

(Ж)

)

А^Н°(298

К,

4(Г)

)

ЗД

(

Н°(298

К,

2(г)

Откуда:

Н°(298

К,

4(г)

)

2А

Н°(298

К,СО

2(Г)

)

2А»Н°(298

К,

(ж)

)

Н°(298

К) - ЗА,Н°(298 К,

2(1)

)

Значения стандартных теплот образования

(А

Н"(298

К,В))

веществ находим из таблицы

П3[1].

Н°(298

К,С

(

))=

2-(-393,5)

+2-(-285,8)-(-1410,8)

52,2

кДж/моль.

Ответ:

Д,Н°(298

К,

,))

= 52,2

кДж/моль.

3. По заданным термохимическим уравнениям

рассчитать стандартную энтальпию образования

резОзск)

из

простых веществ:

(1)

2Ге

(к)

(„

2ГеО

(к)

Н°(298

К, 1) = - 529,6 кДж

(2)

4ГеО

(к)

(г)

2Ре

(к)

Н°(298

К, 2) = -

585,2

кДж

Дано:

Термохимические уравнения

двух реакций.

Н°(298

К) искомой реакции.

РЕШЕНИЕ:

Стандартная энтальпия

образования вещества есть

тепловой эффект реакции

образования 1 моль

Ре

О1

(К

)

из простых веществ при

стандартных условиях:

2Ре

(к)

+ 3/2

2(г)

Ре

(к)

(3)

Из двух реакций (1) и (2) необходимо получить реакцию (3).

Для этого складываем термохимические уравнения (1) и (2),

предварительно разделив на 2 стехиометрические

коэффициенты реакции (2):

2Ее

(к)

(г)

+ 2РеО

(к)

'/2

(г)

= 2РеО

(к)

Ре

(к)

После сокращения получаем уравнение реакции (3)

2Ре

(к)

3/20

2(г)

Ре

0„

к)

Для определения изменения стандартной энтальпии реакции

(3) аналогичные математические действия осуществляем с

тепловыми эффектами приведенных реакций:

Н°(298

К,3) =

А,Н°(298

К,

1/2

Н°(298

К, 2) = (-529,6) +

(-585,2) =

- - 822,2 кДж. Так как реакция (3) соответствует образованию 1

моль

РегСЬ

из простых веществ, то

Н°(298К,Ре

)

= - 822,2

кДж/моль.

Ответ:

Д,Н°(298К,

Ре

О,)

= - 822,2 кДж/моль

УРОВЕНЬ С

1. Вычислить стандартную энтальпию растворения

N3011

в воде, если при растворении 10 г

N3011

в 250 мл

воды температура раствора повысилась на 9,7 С. Удельная

теплоемкость

раствора

равна 3,99

Дж/(г-К).

Дано:

10г

250г

Д1

= 9,7°С

Д„ас„Н"(298К,МаОН)

р(р

ра)

3,99Дж/(г

- К)

(298

К,

4г

)

= -1410,8

кДж/моль

астеН°(298К,КаОН)

МаОН,

г/моль,

РЕШЕНИЕ:

Стандартная

энтальпий

растворения рассчитывается

на 1 моль

вещества,

т.е.:

№ОН

-1000

,(кДж/моль)

где

Мхаон

- молярная масса

ОР

_ра

•

Ср(р.

ра

)

•

А?,

изобарный тепловой эффект реакции;

гпр_

масса раствора,

г;

Ср(

а)

- теплоемкость раствора,

кДж/(г-К)

А1

1кон

1нач

- изменение температуры раствора.

При этом знак

"+"

указывает на повышение температуры при

растворении, а знак

"-"

- на понижение температуры. Для

расматриваемой задачи

Л{

= +

9,7°С

ра

ты

он

+ т

Н10

10+250

= 260г.

Тогда:

= (10 + 250) • 3,99 • 9,7 =

10062,8

Дж,

раств

(298

К,

МаОН)

10062

-40,24кДж/моль

, 1

10-1000

где

1000

- пересчет Дж в кДж

Ответ:

рас1В

Н°(298

К,

ЫаОН)

- 40,24

кДж/моль.

2. Используя справочные данные по

Н°(298К,

В) и

8°(298 К, В), вычислить изменение энергии Гиббса

реакции

и сделать вывод о возможности протекания реакции

А1

(к)

6Н

(ж)

2А1(ОН)

3(к1

ЗН

(г)

при температуре 360 К.

34 )

Дано:

Уравнения реакции

0°(360 К) - ?

РЕШЕНИЕ

Возможность самопроизвольного

протекания реакции при 360 К

определяется знаком величины

изменения энергии Гиббса для данной

реакции:

если

О°(360

К) < 0, самопроизвольное протекание

реакции при заданных условиях возможно;

если

Д,О°(360

К) > 0, то при заданной температуре реакция

невозможна.

Значение

С°(360

К) рассчитываем по формуле:

С°(360

К) =

Н°(298

К) •

- Т

5°(298

К)

где

Н°(298

К) - изменение стандартной энтальпии реакции,

кДж:

Д,5°(298

К) - изменение стандартной энтропии реакции,

Дж/К:

- пересчет кДж в Дж.

Значение

Н°(298

К) и

5°(298

К) определяем по первому

следствию из закона Гесса:

Н°(298К)

= [2Д,Н°(298К,

А1(ОН)

1(к)

)

+ ЗД,Н°(298К,

(г)

)]

[Д

Н°(298К,

А1

1(к)

)

6Д,Н°(298К,

(ж)

)];

5°(298К)

[28°(298К,

А1(ОН)

ад

)

38°(298К,

(г)

)]

-[3°(298К,

А1

(к)

)

65°(298К,

(Ж)

)];

где

Д,Н°(298К,

В) и

5°(298К,

В) - стандартные энтальпии

образования и энтропии веществ, значения которых находим из

таблицы П3[1]

А1

ад

6Н

(ж)

2А1(ОН),

(К)

+ЗН

(г)

кДж/моль

722

285

)

2(-1613,64)

3(-21,0)

5°(298 К)

Дж/(моль-К)

Н°(298,

К) =

[2-(-1613,64)

3-(-21,0)]

[(-722,72)

6-(-285,8)]

-852,76 кДж

5°(298

К) = [2 • 85,68 + 3 • 205,7] - [96,14 + 6 • 70,1]=271,72

Дж/К

Тогда:

гС°(360

К) =

-852,78-10'

- 360 • 271,72= -950599,2 Дж

= - 950,6 кДж

Так как

С°(360

К) < 0, то самопроизвольное протекание

реакции возможно.

3. Известны изменения стандартных энтальпий

следующих

реакций:

(1)

2СО,

Г)

Оад

2СО

2Ы

Н°(298

К) = - 566

кДж

(2)

2Ре

(к)

2(г

2ГеО

(к)

Н°(298

К) = - 529,6 кДж

(3)

4РеО

(К

)

2(Г

)

2Ре

(к)

Н°(298

К)

585,2 кДж

Вычислить изменение стандартной энтальпии реакции

(4)

Ге

3(К

)

+ ЗСО

(1)

2Ге

(к)

ЗСО

2([)

Дано:

Термохимическое уравнения

трех реакций

Н°(360

К)заданной

уравнение.

реакции

РЕШЕНИЕ:

Комбинируя уравнения

(1),(2)

и (3), необходимо

получить искомое

Для этого следует:

Определить искомое и

заданные уравнения.

Искомое уравнение (4), а заданные - (1), (2) и (3).

2. Искомое уравнение получим путем сложения

предварительного подготовленных заданных уравнений.

3. Предварительная подготовка заданных уравнений

заключается в:

а) условном исключении из заданных уравнений тех из

участников реакции, которые отсутствуют в искомом

уравнении:

б) умножении заданных уравнений и их тепловых эффектов на

числа, которые позволяют получить коэффициенты, стоящие

перед теми же веществами в искомой реакции:

в) умножении заданных реакций и тепловых эффектов на

(-1)

случае, если для получения искомого уравнения необходимо

перевести вещества заданной реакции вправо или влево от знака

равенства.

4. Складываем левые и правые части предварительно

подготовленных заданных уравнений и их тепловые эффекты.

Для решения задачи в первом термохимическом

уравнении

приводим в соответствие коэффициенты,

необходимые для получения искомого уравнения. Для этого

уравнение (1) умножаем на 3/2, получаем:

(1*)ЗСО

(Г)

3/20

2(Г)

ЗС0

2(Г)

Второе заданное уравнение умножаем на (-1), т.к. в искомом

уравнении 2Ре

(к

стоят в правой части уравнения, а в заданном - в

левой части уравнения, в результате получаем:

(2*)-2Ре

Гк)

-0

2(г)

-2РеО

(к)

Третье заданное уравнение умножаем на (-1/2), т.к. в

искомом уравнении имеем 1 моль

Ре

Оз

который находится в

левой части уравнения, а в заданном 2 моль

Ре

находится в

правой части уравнения, в результате получаем:

(3*)

-2РеО

(к)

'/202(0

-Ре

3(К

)

Складываем левые и правые части уравнений

(1*),

(2*),

(3*):

ЗСО

(г)

+ 3/2

2(г)

- 2Ре

(к)

2(г)

- 2РеО

(к)

'/202(0

ЗС0

2(Г)

-2РеО

(к)

Ре

(к)

После сокращения имеем:

ЗСО

г)

- 2Ре

(к)

ЗС0

(г)

Ре

(к)

Перенесем значения со знаком минус из левой части

в правую, а из правой - в левую часть уравнения:

ЗСО

(г)

Ре

Оз

(

к)

ЗС0

(г)

+ 2Ре

(к)

Значение изменения стандартной энтальпии реакции

вычислим путем сложения изменений стандартных энтальпий

(1*),

(2*),

(3*)

реакций, умноженных на те же

коэффициенты.

Н°(298

К) = (-566) • 3/2 + (-529,6)

•(-!)

+ (-585,2) • (-1/2) =

-26,8

кДж

Ответ:

Н°(298

К) = -

2ф8

кДж

5. СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ И

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

'с

УРОВЕНЬ А :

1. Написать формулу связи константы равновесия

(К

)

термодинамическими функциями: ;

Ответ:

О°(298К)

Н°(298К)

- Т

8°(298К)

= -2,3

КТ

1§

2. Написать формулу зависимости скорости реакции от

температуры и энергии активации

(Е

акт

Ответ:

т>

2,3/?^

Г,

3. Написать формулу зависимости скорости реакции от

присутствия в системе катализатора.

-г

тг

Ответ-

1е

ат

1е

кат

акт

акт(кат

)

V К 2,ЗКТ

УРОВЕНЬ В

1. Реакция между веществами А и В выражается

уравнением:

(

г)

ЗВ

(Г

)

2С

(Г)

Константа скорости этой реакции равна 0,1. Начальные

концентрации

реагирующих

веществ

= 0,4моль/л,

0,8 моль/л. Вычислить, во сколько раз изменится скорость

реакции, если концентрация вещества А уменьшилась на

0,1моль/л.

Дано:

уравнение

реакции,

= 0,1

= 0,4 моль/л

= 0,8 моль/л

уменьшается

на

0,1

моль/л

РЕШЕНИЕ:

Начальная скорость реакции, согласно

закону действующих масс, выражается

уравнением:

УО

= К •

•

0,1-

0,4 •

0,8

= 0,0205

моль/(л-с)

Согласно уравнению реакции один

моль вещества А реагирует с тремя моль

вещества В. Следовательно,

уменьшение концентрации вещества А

на

0,1

моль/л, в результате протекающей

химической реакции, сопровождается

снижением концентрации вещества В на

3-0,1

=0,3моль/л.

Тогда: /

У,

=0,1

-(0,4-0,1)-(0,8-3-0,1)

= 0,00375

моль/(л-с)

Тогда:

0.00375

=0,183,

т.е. скорость реакции уменьшилась в

0.0205

0.183

= 5,47 раза.

Ответ: При уменьшении концентрации вещества А на

0,1

моль/л, скорость реакции уменьшилась в 5,47 раза.

2. Энергия активации некоторой реакции равна 60

кДж/моль.

Во сколько раз изменится скорость реакции:

)

при повышении температуры от 320 до 360 К?

б) если она протекает при 298 К в присутствии катализатора

(

Кат}

- 48

кДж/моль)?

Дано:

ак

= 60

кДж/моль

а)

Т,

= 320К,

= 360К

б) Т = 298К,

аМиия)

=48кДж/МОЛЬ

V..

120

РЕШЕНИЕ:

а) Из уравнения Аррениуса

получаем:

Т,

1е

=1е

Т]

Т<

2,3

-/ГГ,

60-ю'

360

320

2,3-8,31

1,09

где 10 - коэффициент пересчета

кДж в Дж, тогда

'320

б) Зависимость скорости реакции от наличия катализатора

выражается уравнением:

„К™

ак

ак(кат)

(60-48)-!

2,3-К-Т

2.3-8.31-298

2,11

откуда

кат

=(1)

=129

Ответ:

а) при повышении температуры от 320 К до 360 К скорость

реакции возрастает в

12,3

раза.

б) в присутствии катализатора скорость реакции возрастает в

129

раз.

3. Используя справочные данные по

Н°(298К)

8°(298К)

веществ,

определить температуру, при которой константа

равновесия реакции

СО

(

Г)

(

<=>

2СО

(г)

равна единице.

Записать выражение для константы равновесия данной

реакции.