Часть 1 (И.А. Семиохин - Сборник задач по химической термодинамике (2007)), страница 4

Азот (N2)Т, КСрТСрТСр1511,725040,1710029,122020,506041,8415029,122527,6163,14*720,90*20029,123034,316556,0730029,123545,197056,9040029,1635,61*228,91*7557,3250029,584038,4977,32*5576,85*--Ответ: So298 = 191,50 Дж⋅моль-1⋅К-1.2. Кислород (О2)Т, КСрТСрТСр157,114546,029056,482015,065046,0290,13*6814,90*23,66*93,81*54,39*444,76*20029,123027,616055,2330029,374041,007055,6540030,1243,76*743,08*8056,0750031,09Ответ: So298 = 205,04 Дж⋅моль-1⋅К-1.353. Оксид азота II (NO)Т, КСрТСрТСр154,18109,49*2299,11*15031,34207,1111063,6020030,504017,5711568,2025030,086024,2712074,4830029,878029,81121,36*13776,24*40030,0010035,1912531,7650030,50Ответ: So298 = 210,64 Дж⋅моль-1⋅К-1.4. Оксид углерода II (СО)Т, КСрТСрТСр158,376350,2110029,082014,646651,8820029,123024,2768,09*835,54*30029,124033,477060,2540029,335043,937560,2550029,796060,258060,25--61,55*633,04*81,61*6040,02*--Ответ: So298 = 197,55 Дж⋅моль-1⋅К-1.5. Оксид азота I (N2O)Т, КСрТСрТСр152,9315050,2125036,362510,4617556,9030038,795028,45182,26*6539,59*35040,967535,9818377,8240042,6810041,0018477,8245044,6012544,77184,59*16560,27*50046,02Ответ: So298 = 219,90 Дж⋅моль-1⋅К-1.366.

Оксид углерода IV (СО2)Т, КСрТСрТСр152,9310039,33194,67*25229,52*259,2012544,3530037,285025,9415048,1240041,387534,7317551,0450044,69Ответ: So298 = 213,67 Дж⋅моль-1⋅К-1.7. Сульфоксид углерода (COS)Т, КСрТСрТСр158,28134,31*4727,08*222,87*18311,22*2517,3913572,8630041,075033,1215071,2140045,337539,3317570,3850048,2710043,8920069,97--12548,4422070,38--Ответ: So298 = 231,54 Дж⋅моль-1⋅К-1.8. Оксид серы IV (SO2)Т, КСрТСрТСр15,23,698,347,53201,787,7425,6711,98120,3751,97240,186,9934,8720,17140,955,73260,986,9847,1629,00162,060,50263,08*24936,64*60,8536,51192,8267,61298,240,1776,9842,30197,64*7401,50*Ответ: So298 = 248,11 Дж⋅моль-1⋅К-1.9.

Аммиак (NH3)37Т, КСрТСрТСр150,8417544,7725334,60253,35195,36*5655,09*26334,815011,3020052,3027335,027518,4122553,9728335,2710025,9423554,8129335,5212532,64239,68*23350,90*30335,7715038,4924334,39--Ответ: So298 = 192,66 Дж⋅моль-1⋅К-1.10. Метан (СН4)Т, КСрТСрТСр159,838040,7922330,9220,41*75,73*9043,3024332,303024,4890,6*937,22*26333,724029,0810056,4828335,065032,6411056,9029335,696035,56111,8*8234,11*30336,367038,0720329,46--Ответ: So298 = 186,26 Дж⋅моль-1⋅К-1.11. Пропан (С3Н8)Т, КСрТСрТСр152,768050,3820093,51206,6585,5*3523,76*22096,523015,7310084,98231*18773,61*4025,1012085,98256,465,445032,4714087,32272,167,746039,0816088,91294,374,607045,0618090,92311,076,53Ответ: So298 = 269,90 Дж⋅моль-1⋅К-1.3812.

Нормальный бутан (С4Н10)Т, КСрТСрТСр121,5912084,27250127,78153,26134,9*4659,72*260130,12204,52140113,64270132,424027,45160116,06272,7*22388,58*6043,05180117,28294,395,8110066,69220122,30327,699,58107,5*2066,96*240125,60344,3102,30Ответ: So298 = 310,12 Дж⋅моль-1⋅К-1.13. Изобутан (С4Н10)Т, КСрТСрТСр155,2712099,16260129,702010,54140103,05261,4*21294,89*4030.75160106,7830095,406043,26180110,8832098,418054,31200114,35340101,5910065,35220118,70360105,19113,7*4541,31*240124,31380108,91Ответ: So298 = 294,64 Дж⋅моль-1⋅К-1.14. Неопентан (С5Н12)Т, КСрТСрТСр158,70140,02*2576,93*260151,542016,61160106,69270156,404036,40180112,21280165,026048,20200117,24282,6*22752,59*8060,08220123,34300121,7510074,56240136,36344124,6812090,50256,6*3255,99*--39Ответ: So298 = 306,39 Дж⋅моль-1⋅К-1.15.

Пропен (С3Н6)Т, КСрТСрТСр155,3110090,79225,4*18417,97*2010,4212088,20256,458,164028,9514087,24272,360,046042,0516087,15291,163,438053,5118087,78299,364,7387,9*3002,44*20089,20333,970,04Ответ: So298 = 266,94 Дж⋅моль-1⋅К-1.16. Цис-2-бутен (С4Н8)Т, КСрТСрТСр100,9612074,27220112,68153,1813079,50240114,93206,74134,3*7308,61*260117,954025,23140113,39276,7*23581,02*6041,34160111,80298,683,938053,89180111,13332,990,1210064,43200111,46371,297,49Ответ: So298 = 300,83 Дж⋅моль-1⋅К-1.17. Транс-2-бутен (С4Н8)Т,КСрТСрТСр152,8014085,02260120,67206,28160101,34270122,344023,47167,6*9756,67*274,0*22756,78*6038,03180111,00298,690,178050,17200112,51332,996,4810061,00220114,77371,512072,05240117,32-40103,68-Ответ: So298 = 296,48 Дж⋅моль-1⋅К-1.18. 2-бутин С4Н6Т, КСрТСрТСр153,2214082,80250119,20206,5716076,86270121,674025,4418077,11290124,146042,5920081,55291*26944,96*8056,0222085,9830078,8312074,43240,99234,92*40097,45Ответ: So298 = 283,30 Дж⋅моль-1⋅К-1.§ 4.Энергии Гельмгольца и Гиббса.а).

Энергия Гельмгольца: A = U – TS, dA = - SdT – pdV(13)∂2 A∂2 A∂S∂A∂S∂p∂р∂А() V = - S, () T = - p;=-()T ,=-()V ; ()T = ()V∂Т∂V∂T∂V∂V∂V∂T∂T∂V∂Тb). Энергия Гиббса: G = H – TS = A + pV, dG = - SdT + Vdp(14)∂G∂V∂V∂ 2G∂ 2G∂S∂G∂S()p = - S , ()T = V;= - ( )T=()p; ( )T = - ()p∂T∂T∂T∂p∂T∂p∂p ∂p∂T∂p§5.Характеристические функции, их изменение в различных процессахa). Фазовые переходы (р,Т = const): ΔGфп = ∫dGфп = ∫(- SdT + Vdp) = 0ΔAфп = ∫ dGфп - ∫pdV = - p(V2 – V1) = pфп(V1 – V2)b). Изобарный нагрев веществ:ΔGT2 - ΔGT1 = ΔH T2 - ΔHT1 - ( T2 ST2 - T1ST1 ) или41T2ΔGT2 - ΔGT1 = ∫ C p dT - (T2 – T1) ST1 - T2T2∫T1T1CpT(15)dTВ небольшом интервале температур, когда Ср ≈ const, получим:T2)T1ΔGT2 - ΔGT1 = (Cp - ST1 )⋅(T2 – T1) – T2Cp⋅ln((15a)§ 6.Расчет изменения энергии Гиббса в реакцияхпри разных температурах.Запишем реакцию в общем виде: ν1В1+ ν2В2 + … = ν1′В1′ + ν2′В2′ + ….По уравнению Гиббса-Гельмгольца вычислим для этой реакции ΔrGT:ΔrGT = ΔrHT –TΔrSTПри р = 1 атм:Δ r GTo =Δ r H To-T Δ r STo ,Δ r H Toгде=(16)oΔ r H 298T+∫ Δ r C p dT,298Δ r SToа=oΔ r S 298Т+∫298ooСледовательно, Δ r GTo = Δ r H 298T Δ r S 298+ΔrC pTdT .T∫ Δ r C p dT - T298Т∫298ΔrC pTdT(17)В свою очередь:ooΔ r H 298= ∑ν′iΔf H i′,o298 - ∑νiΔf H io, 298 ; Δ r S 298= ∑ν′iΔr Si′,o298 - ∑νiΔr Sio,298аΔrCp = Δra + Δrb⋅T + Δrc⋅T2 + Δrc′⋅T-2В результате получаем:ooΔ r GTo = Δ r H 298- T Δ r S 298+ Δra(Т – 298) +TΔrb 2(Т – 2982) - ТΔraln()–2982- TΔrb(T–298) + …(18)Глава III.

§§ 4 – 6. Задачи.Задача 1. Найти изменение U, H, S, A и G при изотермическомрасширении 5 молей кислорода, рассматриваемого как идеальный газ, от 100 до1000 л при 25 °С, если Ср,298 = 29,38 Дж⋅моль-1⋅К-1.42Ответ: ΔU = ΔH = 0; ΔS = 95,74 Дж⋅К-1; ΔA = ΔG = − 28,55 кДж.Задача 2. Найти изменение U, H, S, A и G при переходе 1 моля воды в парпри 100°С и 1 атм. При этой температуре мольный объем воды равен 18 мл, амольный объем пара равен30,2 л.

Теплота испарения воды при 100 °С равна40,65 кДж⋅моль-1.Ответ: ΔG = 0; ΔH = 40,65 кДж⋅моль-1; ΔU = 37,59 кДж⋅моль-1;ΔS = 108,92 Дж⋅моль-1⋅К-1; ΔA = –3,06 кДж⋅моль-1.Задача 3. Один моль водорода нагревается от 25 °С до 100 °С при 1 атм.Найти изменение U, H, S, A и G, если средняя теплоемкостьС p, H 2 = 28,84 Дж⋅моль-1⋅К-1 а стандартная энтропия водорода равнаoSH= 130,57 Дж⋅моль-1⋅К-1.2 , 298Ответ: ΔH = 2,16 кДж⋅моль-1; ΔU = 1,54 кДж⋅моль-1;ΔS = 6,47 Дж⋅моль-1⋅К-1; ΔG = –10,08 кДж⋅моль-1; ΔA = –10,71 кДж⋅моль-1.Задача 4.

Найти изменение U, H, S, A и G при адиабатическомрасширении 1 л О2 (t = 25 °С, Р1 = 5 атм) до Р2 = 1 атм, еслиCp,298= 29,38 Дж⋅моль-1⋅К-1 и So298 = 205,04 Дж⋅моль-1⋅К-1. Определите такжеконечные значения V и Т.Ответ: V2 = 3,16 л; Т2 = 188 К; ΔS = 0; ΔH = –659,28 Дж;ΔU = –472,72 Дж; ΔA = 4,14 кДж; ΔG = 3,95 кДж.Задача 5.

Теплота плавления льда при 0 °С равна 332,2 Дж⋅г-1, удельнаятеплоемкость льда равна 2,037 Дж⋅г-1⋅К-1. Найти изменение H, S, и G припереходе 1 моля переохлажденной воды в лед при температуре –5°С.Ответ: ΔH = –5786,38 Дж⋅моль-1; ΔS = –21,18 Дж⋅моль-1⋅К-1;ΔG = –105,90 Дж⋅моль-1.Задача 6. Вычислить ΔrGo473 реакции: 1/2N2 + 1/2O2 = NO, еслиΔrGo298 = 86,44 кДж⋅моль-1 а стандартные энтропии (So298, Дж⋅моль-1⋅К-1 исредние теплоемкости веществ (Cp,298, Дж⋅моль-1⋅К-1) равны:43ВеществоSo298Cp,298N2(г)191,5029,12O2(г)205,0429,38NO(г)210,6429,86Ответ: ΔrGo473= 84,25 кДж⋅моль-1.Задача 7.

Вычислить ΔrGo500 для реакции: NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(т): еслиΔrAo298 = −101,69 кДж⋅моль-1, а стандартные значения энтропий итеплоемкостей равны:ВеществоSo298, Дж⋅моль-1К-1Cp,298, Дж⋅моль-1⋅К-1NН3(г)192,6635,63НСl(г)186,7929,14NН4Сl(т)95,8184,10Ответ: ΔrGo500 = − 50,45 кДж⋅моль-1.Задача 8. Вычислите ΔrGo973 для реакции: СО(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(г), еслистандартные величины веществ равны:ВеществоΔfHo298,So298, Дж⋅моль-1К-1кДж⋅моль-1Cp,298,Дж⋅моль-1⋅К-1СО(г)−110,53197,5529,14Н2(г)−130,5728,84СН3ОН(г)−201,00239,7644,13Ответ: ΔrGo973 = 142,88 кДж⋅моль-1.Задача 9. Вычислить ΔrGo973 для реакции: 2СО2(г) = 2СО(г) + О2(г), еслистандартные значения ΔfHo, Soи Cp равны:ВеществоΔfHo298,So298, Дж⋅моль-1⋅К-1кДж⋅моль-1Cp,298,Дж⋅моль-1⋅К-1СО2(г)−393,52213,6737,14СО(г)−110,53197,5529,14О2(г)−205,0429,38Ответ: ΔrGo973 = 391,48 кДж⋅моль-1.44Задача 10.

Вычислить ΔrGo500 для реакции: Fe2СО3(т) = FeО(т) + CО2(г),если значения ΔfHo298, стандартные энтропии и теплоемкости веществ равны:ВеществоΔfHo298,So298, Дж⋅моль-1⋅К-1кДж⋅моль-1Cp,298,Дж⋅моль-1⋅К-1FeСО3(т)−738,1595,4083,26FeО(т)−264,8560,7549,92CО2(г)−393,52213,6737,14Ответ: ΔrGo500 = - 9,95 кДж⋅моль-1.Задача 11. Показать, что для идеального газа:(∂A∂A)p = - S – R и ( )Т = - V.∂T∂pЗадача 12. Показать, что для идеального газа:(∂G∂G)V = - S + R и () T = - p.∂T∂VЗадача 13. Показать, что для идеального газа:(∂U∂H)p = Cp - R и ()V = CV + R.∂T∂TПервая рубежная контрольная работа по первому и второмузаконам термодинамики.Вариант I.Задача 1.

Рассчитать изменение U, S и A при изотермическом расширенииот 20 л до 200 л при 27 °С: а) 1 моля идеального газа; б) 1 моля газа Ван-дерВаальса (а = 2 атм⋅л2⋅моль-2; b = 0,02 л⋅моль-1).Задача 2. Рассчитать значения ΔH 0, ΔU 0, ΔS 0, ΔG 0 и ΔA 0 реакции:2СН4(г) + СО2(г) = СН3СОСН3(г) + Н2О(г) при 598 К и 1 атм, используя справочныеданные таблицы:45ΔfHo298,So298,кДж⋅моль-1Дж⋅моль-1·К-1298 К800 КСН4(г)−74,87186,2635,7049,60СО2(г)−393,52213,6737,1445,60СН3СОСН3(г)−217,57294,9374,90112,80Н2О(г)−241,83188,7233,6136,02ВеществоCp, Дж⋅моль-1К-1Принять, что теплоёмкости C p в интервале температур от 298 К до 800 Кизменяются линейно с температурой.Вариант II.Задача 1. Как изменится внутренняя энергия 1 моля СО2 (газВан-дер-Ваальса) при изменении давления от 1 атм и объема 30 л до давления2 атм и объема 20 л? Постоянные уравнения Ван-дер-Ваальса равны:а = 0,336 Дж⋅м3⋅моль-2; b = 3,4⋅10−4 м3⋅моль-1, теплоемкость СО2 при 298,15 Кравна 37,14 Дж⋅моль-1⋅К-1?Задача 2.