Материал: Строение вещества

H₂ < Ne < CO < HF < BaCl₂

Температуры кипения этих веществ имеют следующие значения по шкале Кельвина:

20 (H₂), 27 (Ne), 83 (СО), 293 (НF) и 1813 (BaCl₂).

Расчет теплового эффекта реакции по стандартным теплотам сгорания реагирующих веществ

Пример 4. Определите тепловой эффект реакции синтеза акриловой кислоты:

+ СО+ Н₂О_(ж) → СН₂=СН–СООН_(ж),
если стандартные теплоты сгорания ацетилена, оксида углерода и акриловой кислоты соответственно равны (кДж/моль): –1299,63, –282,50 и

–1370,0.

Решение:Из закона Гесса следует, что тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот сгорания исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции (ΔН^о_сгор..н₂о=0, так как Н₂О – высший оксид);

∆Hº_p = Σ∆Hº_{сгор.(исх.)} – Σ∆Hº_{сгор.(прод.)}

ΔН^о = ΔН^о_сгор.(СН=СН) + ΔН^о_сгор.(СО) – ΔН^о_сгор. (СН₂=СН–СООН_(ж))=

–1299,63 – 282,50 + 1370,0 = –212,13 кДж/моль.

2. 
   ВЫЧИСЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ГИББСА
   

Определение возможности протекания процесса по величине изменения энергии Гиббса

Пример 1. Возможна ли следующая реакция в стандартных условиях:

t

SiО_{2 (к)} + 2NaОH _(p) = Na₂SiО_{3 (к)} + Н₂О _(ж)

если ΔG^о(SiО_{2 (к)}) = –803,75 кДж/моль; ΔG^о (Na₂SiО_{3 (к)})= –1427,8 кДж/моль;

ΔG^о (NaОH_(p)) = –419,5 кДж/моль; ΔG^о (Н₂О _(ж)) = –237,5 кДж/моль?

Можно ли выпаривать щелочь в стеклянном сосуде?

Решение:Изменение энергии Гиббса ΔG^о₂₉₈ реакции равно:

ΔG^о = ΣG^о_прод. – ΣG^о_исх.;

ΔG^о₂₉₈ = (–1427,8 – 237,5) – (–803,75 –419,5·2)= –22,55 кДж;

ΔG^о₂₉₈ = –22,55 кДж (т. е. ΔG<0), а следовательно, данная реакция возможна. Щелочь нельзя выпаривать в стеклянном сосуде, так как в состав стекла входит SiО₂.

Пример 2. Вычислить ΔG^о для реакции

2Н_{2 (г)}+О_{2 (г)} 2Н₂О_(г)

при 298, 500, 1000, 1500 К. Зависимостью ΔН^о и ΔS^o от температуры пренебречь. Построить график зависимости ΔG^о от температуры и найти по графику температуру, ниже которой указанная реакция в стандартных условиях может протекать самопроизвольно.

Решение: Согласно уравнению ΔG = ΔН – TΔSвлияние температуры на ΔGопределяется знаком и величиной ΔS. Если пренебречь влиянием Т на значения ΔН и ΔS, то приведённая зависимость ΔG =ƒ(T) является уравнением прямой, наклон которой определяется знаком ΔS. При ΔS>0 прямая идет вниз, при ΔS<0 – вверх.

Определим величину ΔН°₂₉₈ (исходные данные берем из табл.1):

∆Hº_p = Σ∆Hº_{обр.(прод.)} – Σ∆Hº_{обр.(исх..)}

ΔН°₂₉₈ = 2ΔН°_обр.(H₂O) – (2ΔН°_обр.(H₂) + 2ΔН°_обр.(O₂) = 2ΔН°_обр.(H₂O) =

=2(-241,84) = –483,68 (кДж) (на 2 моль H₂O)

ΔН°_обр.(Н₂О) = 0,5(–483,8) = –241,89 кДж/моль<0

Следовательно, реакция экзотермическая.

Определим изменение энтропии данной реакции в стандартных условиях ΔS°₂₉₈ (исходные данные берем из табл.1):

ΔS^о = ΣS^о_прод. – ΣS^о_исх.:

ΔS°₂₉₈= 2S°_298.(H₂O) – [2S°_298.(H₂) + S° _298.(O₂)]= 2·188,74 – (2·130.6 + 205) =

–98,6(Дж/ К) = –0,0986(кДж/ К) < 0, ΔG =ƒ(T) прямая идет вверх.

Определим изменение энергии Гиббса ΔG°₂₉₈ в стандартных условиях (исходные данные берем из табл.1): ΔG^о = ΣG^о_прод. – ΣG^о_исх.;

ΔG°₂₉₈ = 2ΔG°_298.(H₂O) – [2ΔG°₂₉₈(H₂) – ΔG°₂₉₈(O₂)] = 2(–228,8) = –457,6 кДж.

Отрицательная величина ΔG°₂₉₈ свидетельствует о том, что в стандартных условиях реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.

ΔG°₂₉₈ = ΔН°₂₉₈ – 298·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 298·(–0,0986) = –457,6кДж

ΔG°₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 500·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 500·(–0,0986) = –434,38кДж

ΔG°₁₀₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 1000·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 1000·(–0,0986) = –385,08кДж

ΔG°₁₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 1500·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – I500·(–0,0986) = –335,78 кДж

Построим график ΔG°_Т =f(Т):



ΔG°_Т

Температура перехода

4500 К.

2. РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ И ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
2.1. Внимательно изучить теоретический материал, используя конспекты лекций, данное учебное пособие и рекомендуемую литературу.

2.2. Проверить усвоение теории, ответив на контрольные вопросы, выполнив тестовые задания.

2.3. Разобрать примеры решения типовых задач.
3. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

3.1. Вычислите стандартную теплоту образования бензола С₆Н_{6 (ж)}, если известна теплота сгорания водорода, углерода и бензола.

3.2. Определите стандартную теплоту образования сероуглерода CS₂, если известно, что

CS_{2 (ж)} + 3О₂ = СО_{2 (г)} + 2SО_{2 (г)}; ΔН^о₂₉₈ = –1075 кДж/моль.

3.3. Вычислите ΔН^о₂₉₈ хлорида аммония, если для реакции

NH_{3 (г)} + НС1_(г) = NH₄CI _(к)

ΔН^о₂₉₈ = –176,93 кДж/моль.

3.4. Определите ΔН^о₂₉₈ BiCl_3(к), если ΔН^о₂₉₈BiCl_3(г) = –270,70 кДж/моль, а ΔН^о возгонки BiCl_3(к) 113,39 кДж/моль.

3.5. При взаимодействии 5 г металлического натрия с водой выделяется 40,25 кДж теплоты, а при взаимодействии 10 г оксида натрия с водой выделяется 36,46 кДж теплоты. Рассчитайте ΔН^о₂₉₈ Na₂О.

3.6. При растворении 16 г СаС₂ в воде выделяется 31,3 кДж теплоты. Определите стандартную теплоту образования Са(ОН)₂.

3.7. Определите ΔН^о₂₉₈ Fe₂О₃, если при реакции

2Fe + А1₂О₃ = Fe₂О₃+ 2A1

на каждые 80 г Fe₂О₃ поглощается 426,5 кДж теплоты.

3.8. Тепловой эффект реакции

SО_2(г) + 2H₂S_(г) = 3S_(ромб) + 2Н₂О_(ж)

равен –234,50 кДж. Определите стандартную теплоту образования H₂S.

3.9. Окисление аммиака протекает по уравнению

4NH_{3 (г)} + 3О_{2 (г)} = 2N₂ + 6Н₂0_(ж) ; ΔН^о₂₉₈ = –1528 кДж.

Определите стандартную теплоту образования NH_3(г) и NH₄ОH, если теплота растворения NH

_3(г) в воде равна –34,65 кДж.

3.10. Вычислите стандартную теплоту образования сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁, если тепловой эффект реакции

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 12О₂ = 12СО₂ + 11Н₂О_(ж) равен –5694 кДж.

3.11. Рассчитайте ΔН^о₂₉₈ ZnSО₄, если известно, что

2ZnS + 3О₂ = 2ZnО + 2SО₂ ΔН^о = –890,0 кДж;

2SО₂ + О₂ = 2SО₃ ΔН^о = –196,6 кДж;

ZnSО₄ = ZnO + SО₄ ΔН^о = +234,0 кДж.

3.12. Восстановление диоксида свинца водородом протекает по уравнению

РbО₂ + Н₂ = РbО + Н₂О_(г) ΔН^о = –182,8 кДж.

Определите стандартную теплоту образования РbО₂.

3.13. Вычислите стандартную теплоту образования бензойной кислоты С₆Н₅СООН_(к), если стандартная теплота сгорания бензойной кислоты равна

–3227,54 кДж/моль, а стандартные теплоты образования Н₂О и СО₂ см. в таблице приложения.

3.14. Вычислите теплоту образования карбида кальция CaC₂, исходя из теплового эффекта реакции

CaО + 3С = CaC₂ + CО; ΔН^о = 460,0 кДж.

3.15.Определите ΔН^о₂₉₈ образования этилена, используя следующие данные:

C₂H_{4 (г)} + 3O_{2 (г)} = 2CO_{2 (г)} + 2H₂O_(г), ΔН^о = –1323 кДж;

C_{(графит)} + O_{2 (г)} = CO_{2 (г)} ΔН^о = –393,5 кДж;

H_2(г) + ½ O_2(г)=H₂O_(г); ΔН^о = –241,8 кДж.

3.16. Вычислите ΔН^о реакций. Укажите, какая из них является эндотермической, а какая экзотермической. Тепловой эффект каких реакций представляет собой теплоту сгорания вещества?

а) 4NH3 (г)+5O2 (г)→4NO(г)+6H2O(г);	к) 2H2S(г)+SO2(г)→3S(ромб)+2H2O(ж);
б) 4NH3 (г)+3O2 (г)→2N2 (г)+6H2O(г);	л) 2H2(г)+P4(т)→4PH3(г);
в) Fe2O3 (к)+3CO(г)→2Fe(к)+3CO2 (г);	м) 3Fe(т)+2O2(г)→Fe2O3(к);
г) CH4 (г)+2O2 (г)→CO2 (г)+H2O(ж);	н) 2C2H2 (г)+5О2 (г)→4CO2 (г)+2H2O(г);
д) 2Mg(к)+CO2 (г)→2MgO(к)+C(графит);	п) 4HF(г)+Br2 (ж)→2HBr(ж)+F2 (г);
е) 2Сl2 (г)+H2O(г)→4HCl(г)+O2 (г);	р) CaO(к)+CO2 (г)→CaCO3 (к);
ж) 3CH4 (г)+CO2 (г)+H2O(ж)→4CO(г)+8H2 (г);	с) 4СО(г) + 2SO2 (г)→4СО2 (г) + S2 (г).
и) CaO(к)+SiO2(к)→CaSiO3 (к);

Как необходимо было бы записать уравнения некоторых реакций (каких?), чтобы теплота этих реакций могла быть названа теплотой сгорания?

3.17. Вычислите тепловой эффект реакции

АI₂O_{3 (к)} + 3SO_{3 (г)} = Al₂(S0₄)_{3 (к)},

если известна стандартная теплота образования реагирующих веществ.

3.18. Зная стандартные теплоты сгорания этана, метана и водорода (см. таблицу приложения), определите ΔН^о реакции:

С₂Н_{6 (г)} + Н_{2 (г)} = 2СН_{4 (г)}

3.19. Используя значение ΔН^о₂₉₈ реагирующих веществ, определите тепловой эффект реакции восстановления оксидом углерода оксида свинца (IV) до оксида свинца (II) с образованием диоксида углерода.

3.20. По стандартным теплотам сгорания веществ рассчитайте ΔН^о₂₉₈ системы

С₂Н₅ОН _(ж) + СH₃СООН _(ж) = СН₃СООС₂Н_{5 (ж)} + Н₂O

ΔН^о_сгор..сн₃соос₂н₅ = –2254,21 кДж/моль.

Конечные продукты сгорания – газообразный СО₂ и жидкая Н₂О.

3.21. Определите тепловой эффект реакции

NaH _(к) + Н₂О _(ж) = NaOH _(p) + Н_{2 (г)}

по стандартным теплотам образования веществ, участвующих в реакции, если ΔН^о _{NaH (к)} = –56,94 кДж/моль, ΔН^о _{NaОН (р)} = –469,47 кДж/моль.

3.22. Определите тепловой эффект реакции

2PbS +3О₂ = 2РbO + 2SО₂ ,

используя значение стандартных теплот образования реагирующих, веществ.

3.23. Вычислите теплоту перехода графита в алмаз, если при образовании

одного моля СО₂ из графита выделяется 393,5 кДж/моль, а из алмаза – 395,4 кДж/моль.

3.24. Исходя из реакций

КСIО₃ = КС1 + ½О₂; ΔН^о = –49,4 кДж/моль,

KCIО₄ = КС1 + 2О₂; ΔН^о = 33 кДж/моль,

вычислите ΔН^о реакции

4KСIО₃ = 3KCIО₄ + КС1

3.25. Теплоты сгорания этана С