WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 26 |

Решение Стандартные энтальпии образования СО2(г) и МgО(к) равны соответственно -393,5 и 601,8 кДж/моль (стандартные энтальпии образования простых веществ равны нулю). H0 реакции находим по уравнению (4.1.2.) H0 = 2H0MgO - H0CO2 = 2(-601,8) + 393,5 = -810,1 кДж.

П р и м е р 40 Рассчитайте теплоту сгорания метана и количество теплоты, которое выделится при сгорании 100 дм3 этого вещества.

Решение Под теплотой сгорания вещества подразумевают тепловой эффект реакции окисления одного моля этого соединения. В случае органического соединения продуктами окисления обычно бывают СО2(г) и Н2О(г).

Реакцию сгорания метана можно представить уравнением:

СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г) (1) Используя следствие закона Гесса и стандартные энтальпии образования веществ (табл. 4), определяем изменение энтальпии при протекании реакций:

0 = 0 (гг + 20 - 0 (г).

CO2 Н2О(г) СНили 0 = -393,5 + 2(-241,8) - (-74,9) = -402,2 кДж.

0 = -Q, следовательно, при сгорании одного моля СН4 выделяется 402,2 кДж теплоты.

(СН4) = 100 дм3/22,4дм3 = 4,46 моль.

Количество теплоты при сгорании 4,46 моль составит 4,46•402,2 = = 1795,5 кДж.

Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.

Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре проходит с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации), к уменьшению Н; с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением, а вторая - с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которая называется энтропией.

Энтропия S, так же как внутренняя энергия U, энтальпия Н, объем V и др., является свойством вещества, пропорциональным его количеству. S, U, H, V обладают аддитивными свойствами. Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы; конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т.п., - ведут к уменьшению энтропии. Энтропия является функцией состояния, то есть ее изменение (S) зависит только от начального (S1) и конечного (S2) состояния и не зависит от пути процесса:

Sх.р. = S0 - S0. (4.1.3) прод исх S = S2 – S1. Если S2 > S1, то S > 0. Если S2 < S1, то S<0.

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка ТS.

Энотропия выражается в Дж/(моль К). Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух составляющих: стремления к упорядочению (Н) и стремления к беспорядку (TS). При Р = const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают G, можно найти из соотношения:

G = (Н2 - H1) - (TS2 - TS1); G = H - TS. (4.1.4) Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль энергии Гиббса (G), которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому:

прод исх Gх.р. = G - G. (4.1.5) обр обр Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения потенциала, в частности, в сторону уменьшения G. Если G < 0, процесс принципиально осуществим; если G > 0, процесс самопроизвольно проходить не может. Чем меньше G, тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния равновесия, при котором G = 0 и H = TS.

Из соотношения G = H - TS видно, что самопроизвольно могут протекать процессы, для которых H > 0 (эндотермические). Это возможно, когда S >0, |TS| > | H|, и тогда G < 0. C другой стороны, экзотермические реакции (H < 0) самопроизвольно не протекают, если при S < 0 окажется, что > 0.

Значения стандартных энтальпий образования H0, энтропии S0 и энергия Гиббса G0 образования некоторых веществ при 298 К (25 °С) и давлении 1атм = 101325 Па = 760 мм.рт.ст представлены в табл. 4.

4 Значения Н0, S0, GS0 •103, H0, G0, Вещество Дж/моль•K кДж/моль кДж/моль 1 2 3 Аl(кр) 0 28,33 Al2О3(кр) -1675,69 50,92 -1582,BaCO3(кр) -1210,85 112,13 -1132,BaO(кр) -553,54 70,29 -525,BeO(кр) -598,73 14,14 -596,С(алмаз) 1,83 2,37 2,С(графит) 0 5,74 CaCO3(кр) -1206,83 91,71 -1128,CaO(кр) -635,09 38,07 -603,CH4(г) -74,85 186,27 -50,Продолжение табл. H0, G0, Вещество S0 •103, кДж/моль кДж/моль Дж/моль•K 1 2 3 C2H2(г) 226,75 200,82 209,C2H4(г) 52,30 219,45 68,C H6(г) -84,67 229,49 -32,C6H6(ж) 49,03 173,26 124,CH 3OH(ж) -238,57 126,78 -166,C2H5OH(г) -234,80 281,38 -167,C6H5NH2(ж 31,09 192,29 149,) СО(г) -110,53 197,55 -137,СО2(г) -393,51 213,66 -394,CS2(г) 116,70 237,77 66,CS2(ж) 88,70 151,04 64,Cl2(г) 0 222,98 Сr(кр) 0 23,64 Cr2O3(к) -1140,56 82,17 -1058,F2(г) 0 202,67 Fe(кр) 0 27,15 FeO(кр) -264,85 60,75 -244,Fe2O3(кр) -822,16 87,45 -740,Fe3O4(кр) -1117,13 146,19 -1014,Н2(г) 0 130,52 HCl(г) -92,31 186,79 -95,H 2О(г) -241,81 188,72 -228,H 2О(ж) -285,83 69,95 -237,H 2S(г) -20,60 205,70 -33,MgCO3(кр) -1095,85 65,10 -1012,MgO(кр) -601,49 27,07 -569,NH3(г) -45,94 192,66 -16,NH4Сl(кр) -314,22 95,81 -203,NO(г) 91,26 210,64 87,О2(г) 0 205,04 PbO(кр) -217,61 68,70 -188,PbS(кр) -100,42 91,21 -98,PCl3(г) -287,02 311,71 -267,PCl5(г) -374,89 364,47 -305,SO2(г) -296,90 248,07 -300,TiO2(кр) -944,8 50,33 -889,П р и м е р 41 В каком состоянии энтропия 1 моль вещества больше: в кристаллическом или в парообразном при той же температуре Решение Энтропия есть мера неупорядоченности состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) расположены упорядоченно и могут находиться лишь в определенных точках пространства, а для газа таких ограничений нет. Объем 1 моль газа гораздо больше, чем объем 1 моль кристаллического вещества; возможность хаотичного движения молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия 1 моль паров вещества больше энтропии его кристаллов при одинаковой температуре.

П р и м е р 42 Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствущих веществ (табл. 4) вычислите G0 реакции, протекающей по уравнению:

NH3(г) + НСl(г) = NH4Cl(кр).

Может ли эта реакция при стандартных условиях протекать самопроизвольно Решение Энергия Гиббса (G0) является функцией состояния и вычисляется из соотношения (4.1.4). Величины H0 и S0 находим из соотношений (4.1.2):

0 0 H0 = - ( + ) = NH Cl NH HCl 4 = 314,22 - (-45,94 - 92,31) = -175,97 кДж.

S0. = S0 - (S0 + S0 ) = 95,81 - (192,66 + 186,79) = NH4Cl NH3 HCl = -283,64 Дж/К.

G0 = -175,97 - 298(-283,64•10-3 ) = -91,45 кДж.

Так как G < 0, то реакция протекает самопроизвольно при стандартных условиях.

П р и м е р 43 Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению:

Fe2O3(кр) + 3H2(г) = 2Fe(кр) + 3H2O(г); H = +96,61 кДж.

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии S = 0,кДж/(моль•K) При какой температуре начнется восстановление Fe2O3 Решение Вычисляем G реакции:

G = H - TS = 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 = TS; T = H/ S = 96,61/0,1387 = 696,5 К.

Следовательно, при температуре 695,5 К начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

П р и м е р 44 Вычислите H0, S0, G0T реакции, протекающей по уравнению:

х.р х.р Fe2O3(кр) + 3С(графит) = 2Fe(кр) + 3CO(г).

Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 углеродом при температурах 500 и 1000 К Решение Hх.р. и Sх.р находим из соотношений (4.1.2) и (4.1.3), как в примере 4.1.5:

Hх.р. = [3(-110,53) + 2•0] - [-822,16+3•0] = = -331,56 + 822,10 = +490,57 кДж;

Sх.р = (2•27,15 + 3•197,55) - (87,45 + 3•5,74) = 542,28 Дж/К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения (4.1.4):

G500 = 490,57 - 500•542,28/1000 = 219,43 кДж;

G1000 = 490,57 - 1000•542,28/1000 = -51,71 кДж.

Так как G500 > 0, а G1000 < 0, то восстановление Fe2O3 углеродом возможно при 1000 К и невозможно при 500 К.

Задачи При решении задач данного раздела использовать таблицу 4.

261 Теплоты растворения сульфата меди (CuSO4) и медного купороса (CuSO4•5H2O), равны -66,кДж и 11,72 кДж соответственно. Вычислите теплоту гидратации сульфата меди.

262 Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этана (C2H6(г)), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании этана объемом 1 м 3(н.у.) 263 Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением: C6H6(ж) + 7/2O2(г) = 6CO2(г) + 3H2O(г). Вычислите тепловой эффект этой реакции.

264 Газообразный этиловый спирт можно получить при взаимодействии этилена и водяных паров.

Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислите ее тепловой эффект.

265 Напишите термохимическое уравнение реакции взаимодействия оксида углерода(II) и водорода, в результате которой образуются газообразные метан и вода. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если был получен метан объемом 67,2 дм3 (н.у.) 266 Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и HCl. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислите ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции был израсходован аммиак объемом 10 дм3 (н.у.) 267 При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота(II). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если был получен оксид азота(II) объемом 44,8 дм3 (н.у.) 268 Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением:

CH3OH(ж) + 3/2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(ж)..

Вычислите тепловой эффект этой реакции.

269 При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и газообразный сероуглерод (CS2). Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект.

270 На основании значений G0, различных кислородных соединений щелочных металлов, приведенных в табл. 5, определите образование каких соединений наиболее характерно для различных щелочных металлов.

Таблица Элемен Э2О(кр) Э2О2(кр) ЭО2(кр) ЭО3(кр) т Li -560 -564 -468 -Na +376 -439 -433 K -322 -422 -475 -Rb -290 -351 -439 -Cs -290 -332 -418 -Чем можно объяснить наблюдаемые закономерности 271 При взаимодействии 1 моля водорода и 1 моля селена поглотилось 77,4 кДж тепла. Вычислите энтальпию образования селеноводорода.

272 При взаимодействии 2 молей мышьяка и 3 молей водорода поглотилось 370 кДж тепла.

Вычислите энтальпию образования арсина.

273 При взаимодействии 1 моля водорода и 1 моля хлора выделилось 184 кДж тепла. Вычислите энтальпию образования хлороводорода.

274 При образовании 1 моля воды из простых веществ выделилось 242 кДж тепла. Чему равна энтальпия образования воды 275 При взаимодействии 1 моля азота и 3 молей водорода выделилось 93 кДж тепла. Чему равна энтальпия образования аммиака 276 Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении оксида железа(III) металлическим алюминием, если было получено железо массой 335,1 г.

277 При сжигании графита образовался диоксид углерода массой 8,86 г и выделилось 79,2 кДж тепла. Вычислите теплоту образования диоксида углерода.

278 При разложении карбоната магния на оксид магния и диоксид углерода поглощается 100,кДж тепла. Вычислите теплоту образования карбоната магния.

279 При сгорании жидкого этилового спирта массой 11,5 г выделилось 308,71 кДж тепла.

Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования C2H5OH(ж).

280 При восстановлении оксида железа(III) массой 80,0 г алюминием (реакция алюмотермии) выделяется 426,3 кДж тепла. При сгорании металлического алюминия массой 5,4 г выделяется 167,кДж тепла. На основании этих данных вычислите теплоту образования оксида железа(III).

281 Вычислите G0 реакций образования AgГ(т) и CaГ2(т) из ионов в растворе, использовав термодинамические данные, приведенные в табл. 6.

Таблица Ионы H0, кДж/моль S0, Дж/моль•К Ag+(р) 105 AgBr(кр) -100 AgCl(кр) -127 AgI(кр) -62 AgF(кр) -205 Br-(р) -121 Ca2+(р) -543 -CaBr2(кр) -683 CaCl2(кр) -796 CaI2(кр) -535 CaF2(т) -1220 Cl-(р) -167 I-(р) -57 F-(р) -333 -Как изменяется растворимость AgГ и CaГ2 в ряду F-Cl-Br- I- Сопоставьте характер изменения в этом ряду значений G0 и ПР. Величины ПР для галогенидов серебра в этом ряду имеют обр.

следующие значения (кроме фторида серебра) 1,8•10-10; 5,3•10-13; 8,37•10-17 соответственно. Почему для фторида серебра отсутствуют данные по ПР 282 Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:

4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6Н2О(ж); H0 = -1530,28 кДж.

Вычислите теплоту образования аммиака.

283 При взаимодействии железа массой 6,3 г с серой выделилось 11,31 кДж тепла. Вычислите теплоту образования сульфида железа(II).

284 При сгорании ацетилена объемом 1 дм3 (н.у.) выделяется 56,053 кДж тепла. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода.

Вычислите теплоту образования газообразного ацетилена.

285 Вычислите теплоту образования NO(г), исходя из следующих термохимических уравнений:

4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(ж); H0 = -1168,80 кДж;

4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(ж); H0 = -1530,28 кДж.

286 Вычислите теплоту образования газообразного метана, исходя из следующих термохимических уравнений:

H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(ж); H0 = -285,84 кДж;

С(графит) + O2(г) = CO2(г); H0 = -393,51 кДж;

CH4(г) + 2O2(г) = 2H2O(ж) + CO2(г); H0 = -890,31 кДж.

287 Рассчитайте G0 реакций:

а) CO(г) + 1/2O2(г) = CO2(г);

б) 1/2N2(г) + 3/2H2(г) = NH3(г);

в)C6H6(ж) + NH3(г) = H2(г) + C6H5NH2(ж).

288 При какой температуре наступит равновесие системы:

4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Сl2(г); H0 = -114,42 кДж 289 Восстановление Fe3O4 оксидом углерода идет по уравнению:

Fe3O4(кр) + CO(г) = 3FeO(кр) + СO2(г).

Вычислите G0 и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно S0 в этой реакции 290 Вычислите G0 и S0 реакции горения ацетилена:

C2H2(г) + 5/2O2(г) = 2СO2(г) + H2O(ж).

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 26 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.