Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110), страница 24
Текст из файла (страница 24)
При растворении 1 моль безводного хлорида стронция SrCl2 выделяется 47,7 кДж, а при растворения 1 моль кристаллогидрата SrCl2×6H2O поглощается30,96 кДж теплоты. Вычислите энтальпию гидратацииSrCl2.Р е ш е н и е. В соответствии с законом Гесса процессрастворения безводной соли в воде можно рассматриватькак совокупность двух стадий. Первая стадия — образование кристаллогидрата, т. е. гидратация соли:SrCl2 (к) 2 6H2 O(ж) 3 SrCl2 4 6H2 O(к),5H11 .(1)Вторая стадия — растворение кристаллогидрата в воде:SrCl2 2 6H2 O(к) 3 aq 4 SrCl2(aq) (ж) 3 6H2 O(ж),5H21 . (2)Сумма тепловых эффектов 2H11 3 2H21 равна теплотерастворения безводной соли 2H31 :SrCl2 (к) 2 aq 3 SrCl2(aq) (ж),4H31 .(3)154ОБЩАЯ ХИМИЯ.
ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИСоответственно энтальпия гидратации, которую необходимо вычислить, равна2 гидр H 1 3 2H11 3 2H31 4 2H21 3 447,7 4 (30,96) 3 478,66 кДж.Таким образом, при гидратации 1 моль SrCl2 выделяется 78,66 кДж теплоты.Задача 3.7. Рассчитайте среднее значение энергии связи N–H в молекуле NН3, если стандартная теплота образования NН3 равна –46,9 кДж/моль, а энергия диссоциациимолекул N2 и Н2 на атомы соответственно равна 945,6 и436 кДж/моль.Р е ш е н и е.
Энтальпии образования аммиака из простых веществ соответствует реакция:1/2N2 (г) 2 3/2H2 (г) 3 NH3 (г),14 f HNH3 546,19 кДж/моль.3Этот процесс можно представить в виде двух стадий.Первая стадия — диссоциация молекул N2 и Н2 на атомы:1/2N2 2 N,3H11 2 1/23 дис HN1 2 2 1/2 4 945,6 22 472,8 кДж/моль;3/2H2 2 3H, 3H21 2 3/23 дис HH1 2 2 3/2 4 436 22 654 кДж/моль.(1)(2)Вторая стадия — образование NН3 из атомов:N 2 3H 3 NH3 ,4H31 .(3)Суммируя уравнения (1)–(3) получаем1/2N2 + 3/2H2 = NH3.В соответствии с законом Гесса алгебраическая сумматепловых эффектов промежуточных стадий образования1NН3 из атомов равна 2 f HNHиз простых веществ:312H11 3 2H21 3 2H31 4 2 f HNH3и, подставляя значения,472,8 2 654 2 3H31 4 546,19 кДж.Отсюда находим тепловой эффект образования аммиака из атомов DН3:2H31 3 41173 кДж.ГЛАВА 3.
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ155В молекуле аммиака три связи N–H. Следовательно,среднее значение энергии каждой связи N–H составляетЕсвN–H = –(–1173,1)/3 = 91 кДж/моль.Задача 3.8. Рассчитайте стандартный тепловой эффектреакции восстановления оксида кремния, протекающейсогласно уравнениюSiO2(к) + 2H2(г) = Si(т) + 2H2O(ж).Величины стандартных энтальпий образования исход1приведены вных веществ и продуктов реакции 2 f H298Приложении 1.Р е ш е н и е. Согласно следствию из закона Гесса тепловой эффект (энтальпия) химической реакции можетбыть рассчитан как сумма стандартных энтальпий образования продуктов за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов. Учитывая, что теплота образования простого вещества равна нулю, находим тепловойэффект реакции1112 r H2983 22 f H298,H4 2 f H298,SiO32 O(ж)2 (к)3 2(4285,84) 4 (4859,3) 3 287,7 кДж.Данная реакция идет с поглощением тепла, т.
е. явля13 0.ется эндотермической, 2 r H298Задача 3.9. Стандартный тепловой эффект реакции сгорания толуола равен –3910,3 кДж. Запишите термохимическое уравнение реакции и рассчитайте стандартную теп13лоту образования толуола, если известно, что 2 f H298,H2 O(ж)12 3285,84 кДж/моль и 2 f H298,CO2 (ж) 3 4393,51 кДж/моль.Р е ш е н и е. В термохимических уравнениях обычноуказывают агрегатные состояния или модификации веществ и значения тепловых эффектов:C7H8(ж) + 9O2 = 7CO2 + 4H2O(ж),DсН° = –3910,3 кДж/моль.В соответствии со следствием из закона Гесса и, учи1тывая, что 2 f H298,O3 0, тепловой эффект реакции21112 c H 1 3 (7 2 f HCO4 42 f H298,H) 5 2 f H298,C,22 O(ж)7 H8 (ж)156ОБЩАЯ ХИМИЯ.
ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИоткуда находим1112 f H298,C3 42 c H 1 5 7 2 f HCO5 42 f H298H.7 H 8 (ж)22 O(ж)Подставив значение DсН° и справочные данные, получим12 f H298,C3 4(43910,3) 5 7(4393,51) 5 4( 4285,84) 37 H8 (ж)3 12,37 кДж/моль.Задача 3.10. Бороводороды — химически активныесоединения, которые на воздухе самовоспламеняются исгорают с выделением большого количества теплоты.
Этопозволяет использовать их в качестве ракетного топлива.Рассчитайте количество теплоты, которое выделится при1сгорании 1 кг диборана (B2H6), если 2 f H298,B3 412542 O3 (т)1кДж/моль и 2f H298,B2H6 (г) 3 38,5 кДж/моль. Сравните это количество теплоты с теплотой сгорания 1 кг этана (C2H6).Р е ш е н и е. Уравнение реакции горения диборанаимеет видB2H6(г) + 3O2 = B2O3(т) + 3H2O(г).По справочным данным рассчитаем тепловой эффектэтой реакции:11112 r H2983 32 f H298,H4 2 f H298,B5 2 f H298,B32 O(г)2 O3 (т)2 H6 (г)3 3(5241,82) 4 (51254) 5 38,5 3 52017,9 кДж.Таким образом, при сгорании 1 моль B2H6 выделяется2017,9 кДж теплоты.
Найдем массу 1 моль B2H6:M(B2H6) = 2 × 11 + 6 × 1 = 28 г/моль;m = n × M = 1 × 28 = 28 г.По условию задачи сжигают 1000 г B2H6, что составляет 1000/28 = 35,71 моль. Следовательно, при этом выделится (1000 × 2017,9)/28 = 72 067,8 кДж » 72 МДж теплоты.Аналогичные расчеты проведем для горения C2H6:C2H6(г) + 7/2O2 = 2CO2 + 3H2O(г);11112 r H2983 32 f H298,H4 22 f H298,CO5 2 f H298,C32 O(г)22 H6 (г)3 3( 5241,82) 4 2( 5393,5) 5 (584,7) 3 51427,8 кДж;ГЛАВА 3.
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ157M(С2H6) = 2 × 12 + 6 × 1 = 30 г/моль,m = n × M = 1 × 30 = 30 г.Если при сгорании 1 моль (30 г) этана выделяется 1427,7кДж, то при сгорании 1 кг (1000 г) выделится (1000 ´´ 1427,7)/30 = 47 590 кДж » 48 МДж теплоты.Таким образом, при сгорании диборана можно получить в 72/48 = 1,5 раза больше энергии, чем при сжигании этана такой же массы.Задача 3.11. Пользуясь справочными данными Приложений 1 и 2, рассчитайте энтальпию реакции при 298 К:3Cu(т) + 8HNO3(рр) = 3Cu(NO3)2(рр) ++ 2NO(г) + 4H2O(ж).Р е ш е н и е. Поскольку реакция проходит в растворе,необходимо записать уравнение реакции в сокращенномионном виде:3Cu(т) 1 8H 1 (aq) 1 2NO32 (aq) 3 3Cu21 (aq) 1 2NO(г) 1 4H2 O(ж).По определению энтальпии образования меди и ионаH+ равны нулю, тогда энтальпия реакции равна33334 r H2985 44 f HH3 2O(ж) 1 24 f HNO(г)1 34 f HCu21 (aq) 2 24 f HNO 2 (aq) .3Подставляя значения энтальпий образования (см.
Приложение 1), находим12r H2983 4(4285,84) 5 2 6 90,25 5 3 6 64,77 4 2(4205) 33 4358,4 кДж.Задача 3.12. Вычислите удельную теплоту сгораниягаза, содержащего 60% Н2 и 40% СН4, если 2 c HH1 2 313 4286 кДж/моль и 2 c HCH3 4890 кДж/моль.4Р е ш е н и е. Для того чтобы вычислить удельную теплоту сгорания газа QТ, необходимо рассчитать количествотеплоты, которое выделится при сгорании 1 м3 газовойсмеси до образования высших оксидов.В 1 м3 газа содержится 600 л Н2 и 400 л СН4, что составляет 600/22,4 моль Н2 и 400/22,4 моль СН4.В соответствии с уравнением QТ = –DcH° (1000/22,4)рассчитаем удельную теплоту сгорания газа:QТ = 286(600/22,4) + 890(400/22,4) == 7660,7 + 15 892,8 = 23 550 кДж/м3.158ОБЩАЯ ХИМИЯ.
ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИЗадача 3.13. Не производя вычислений, определитезнак изменения энтропии в следующих реакциях:MgО(к) + Н2(г) = Mg(к) + Н2О(ж);(1)2NО(г) + О2(г) = 2NО2(г);(2)NН4NО3(к) = N2О(г) + 2Н2О(г).(3)Р е ш е н и е. Энтропия газов всегда значительно больше энтропии жидкостей и твердых веществ. В ходе реакций (1) и (2) число моль газообразных веществ уменьшается от 1 до 0 и от 3 до 2 соответственно, поэтому для обеихреакций DrS < 0. Изменение энтропии в реакции (3) — положительная величина (DrS > 0), так как в результате разложения твердого вещества образуются газообразные продукты.Задача 3.14.
Рассчитайте стандартное значение энтропии реакции при Т = 298 К:N2 + О2 = 2NО.Р е ш е н и е. Энтропия — функция состояния системы,поэтому ее изменение в ходе реакции можно рассчитатьпо следствию из закона Гесса, для чего из суммы энтропий продуктов вычтем сумму энтропий исходных веществ:112 r S2983 2SNO,2984 (SO1 2 ,298 5 SN1 2 ,298 ).Подставив соответствующие данные из Приложения 1,получаем12 r S2983 2 4 210,66 5 (191,5 6 205,04) 3 24,78 Дж/моль.Обратите внимание, что энтропия вещества S величина абсолютная и имеет размерность [Дж×моль–1×К–1]; изменение энтропии в ходе химической реакции DrS имеетразмерность [Дж/К].Задача 3.15. Рассчитайте энтропийный и энтальпийный факторы реакции сгорания метана до водяного параи диоксида углерода при стандартных состояниях реагентов и температуре 298 К.
По полученным значениям определите, какой из факторов способствует самопроизвольному протеканию реакции в прямом направлении.ГЛАВА 3. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ159Р е ш е н и е. Энтропийный фактор определяет изменение неупорядоченности системы и равен произведениюабсолютной температуры на энтропию реакции ТDrS°. Энтальпийный фактор определяет изменение энергии системы и равен энтальпии реакции.Используя данные Приложения 1, рассчитаем изменение энтропии и энтальпии для заданного процесса:CH4 2 2O2 3 CO2 2 2H2 O(г);111114 r S2983 (S298,CO2 2S298,H) 5 (S298,CH2 2S298,O)322 O(г)423 (213,656 2 2 6 188,7) 5 (186,19 2 2 6 205,04) 3 55,19 Дж/К;1114r H2983 ( 4 f HCO2 24 f HH1 2O(г) ) 5 4 f HCH3243 ((5393,51) 2 2 6 ( 5241,82)) 5 ( 574,85) 3 5802,3 кДж.Самопроизвольному процессу способствует рост энтропии системы (DrS > 0). При 298 К энтропийный фактор:ТDrS° = 298 × (–5,19) = –1546,62 Дж » –1,55 кДж.Отрицательное значение энтропийного фактора не способствует самопроизвольному протеканию реакции.Энтальпийный фактор DrH° = –802,3 кДж < 0 способствует самопроизвольному течению процесса.Задача 3.16.
Рассчитайте стандартные энергии Гиббсахимических реакций:COCl2(г) = CO + Cl2;(1)SO2 + NO2 = SO3(г) + NO.(2)По полученным данным сделайте вывод о возможностиих самопроизвольного протекания в прямом направлении.Р е ш е н и е. Энергия Гиббса — функция состояниясистемы. Стандартное изменение энергии Гиббса химической реакции DrG° может быть рассчитано по следствию иззакона Гесса.
Для расчета воспользуемся данными Приложения 1, где приведены величины стандартных энер1 .гий Гиббса образования веществ 2 f G298Для реакции (1):33334 f G298,15 1 4 f G298,CO6 4 f G298,Cl7 4 f G298,COCl52 225 ( 7137,14 6 0) 7 ( 7205,3) 5 68,16 кДж.160ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИПри самопроизвольных процессах, протекающих припостоянных температуре и давлении, энергия Гиббса все1гда уменьшается. 2 r G298,13 0, следовательно, при стандартных состояниях веществ и Т = 298 К прямой процесс невозможен, реакция идет в обратном направлении, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
