ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.05.2025
Просмотров: 1214
Скачиваний: 0
Если в полученном уравнении перенести {Mn2O7} в правую часть, а 1,5(O2) в левую часть, то имеем в итоге искомое термохимическое уравнение реакции образования 1 моля {Mn2O7}:
2[Mn] + 3,5(O2 ) = {Mn2O7} ; DH2980 = -726,3 кДж.
Тепловой эффект этой реакции и есть по определению теплота образования {Mn2O7}.
Пример 3. Найдите тепловой эффект реакции: 2(CO) + (O2 ) = 2(CO2 ) .
Сколько теплоты выделится при сжигании 10 л (н. у.) CO? Решение. Находим тепловой эффект реакции:
2(CO) + (O2 ) = 2(CO2 )
DH 0f ,298 , кДж/моль |
–110,5 |
0 |
–393,5 |
DH2980 = 2 ×(-393,5) - (2 ×(-110,5) + 0) = -566 кДж.
Термохимическое уравнение реакции имеет вид:
2(CO) + (O2 ) = 2(CO2 ); DH2980 = -566 кДж.
Из уравнения видно, что при сгорании 2 молей CO выделится 566 кДж теплоты. Находим, сколько молей составляют 10 л CO при н. у.:
n(CO) = |
V |
= |
10 |
= 0,446 моль. |
22,4 |
||||
Vm |
||||
Составляем пропорцию: |
||||
при сгорании 2 молей CO выделится 566 кДж теплоты |
||||
>> >> 0,446 молей CO |
>> x кДж теплоты |
|||
= 0, 446 ×566 =
x 126, 2. 2
Следовательно, при сжигании 10 л (н.у.) CO выделится 126,2 кДж теплоты.
Пример 4. Установите, возможна ли реакция взаимодействия водяного пара с хлором
2(H2O) + 2(Cl2 ) = 4(HCl) + (O2 )
а) при стандартных условиях; б) при 1000 К? Определите
41
температуру, при которой реакция становится термодинамически возможной.
Решение.
а) Для установления термодинамической возможности протекания реакции при стандартных условиях нужно вычислить энергию Гиббса реакции при температуре 298 К. Ее можно рассчитать по уравнению (5.4). Записываем табличные значения энергий Гиббса образования исходных веществ и продуктов реакции [15] под формулами веществ в уравнении реакции:
2(H2O) + 2(Cl2 ) = 4(HCl) + (O2 )
DG0f ,298 , кДж/моль |
–228,6 |
0 |
–95,3 |
0 |
Вычисляем энергию Гиббса реакции при 298 К по уравнению (5.4):
DG2980 = (4 × DG0f ,298 (HCl) + DG0f ,298 (O2 )) -
-(2 × DG0f ,298 (H2O) + 2 × DG0f ,298 (Cl2 )) =
=(4 × (-95,3) + 0) - (2 × (-228,6) + 2 × 0) = 76,0 кДж.
Поскольку DG2980 > 0 , значит, при стандартных условиях реакция
термодинамически невозможна.
б) Для определения термодинамической возможности протекания реакции при 1000 К нужно вычислить энергию Гиббса реакции при этой температуре. Ее можно рассчитать по уравнению (5.6), используя значения энтальпии и энтропии реакции при стандартной температуре. Записываем табличные значения теплот образования и абсолютных стандартных энтропий исходных веществ и продуктов реакции [15] под формулами веществ в уравнении реакции:
2(H2O) + 2(Cl2 ) = 4(HCl) + (O2 )
DH 0f ,298 , кДж/моль |
–241,8 |
0 |
–92,3 |
0 |
S2980 , Дж/(моль× K) |
188,8 |
223,1 |
186,9 |
205,2 |
Рассчитываем энтальпию реакции при 298 К по уравнению (5.1):
42
DH2980 = (4 × DH 0f ,298 (HCl) + DH 0f ,298 (O2 )) -
-(2 × DH 0f ,298 (H2O) + 2 × DH 0f ,298 (Cl2 )) =
=(4 × (-92,3) + 0) - (2 × (-241,8) + 2 × 0) =114, 4 кДж =114 400 Дж.
Вычисляем энтропию реакции при 298 К по уравнению (5.3):
DS2980 = (4 × S2980 (HCl) + S2980 (O2 )) - (2 × S2980 (H2O) + 2 × S2980 (Cl2 )) =
= (4 ×186,9 + 205, 2) - (2 ×188,8 + 2 × 223,1) =129,0 Дж/К.
Находим энергию Гиббса реакции при 1000 К по уравнению (5.6):
DG10000 »114 400 -1000 ×129,0 = -14 600 Дж.
Поскольку DG10000 < 0 , следовательно при температуре 1000 К реакция термодинамически возможна.
в) Для определения температуры, при которой реакция становится термодинамически возможной, используем условие:
G0 < 0, |
||||||
T |
||||||
или |
||||||
DH2980 - T × DS2980 < 0, |
||||||
откуда |
||||||
T > |
DH 0 |
= |
114 400 |
= 886,8 K. |
||
298 |
||||||
DS2980 |
129,0 |
|||||
Контрольные задания.
84. На основании какого закона рассчитывается стандартный тепловой эффект реакции? Вычислите тепловой эффект реакции сгорания пирита
4[FeS2 ] +11(O2 ) = 2[Fe2O3 ] + 8(SO2 )
Запишите термохимическое уравнение реакции. 85. Определите тепловой эффект реакции
2[NH4Cl] + [CaO] = 2( NH3 ) + [CaCl2 ] + {H2O}
Какое количество теплоты необходимо затратить для получения 10 л аммиака (н. у.) по данной реакции?
86. Рассчитайте тепловой эффект реакции сгорания 1 моля
43
жидкого метанола с образованием жидкой воды и газа CO2. Запишите термохимическое уравнение реакции. Вычислите количество теплоты, которое выделяется при сгорании 10 г метанола.
87. При разложении 5 г дихромата аммония по реакции
( NH4 )2 Cr2O7 = ( N2 ) + 4(H2O) + [Cr2O3 ]
выделилось 5960 Дж теплоты. Определите по этим данным тепловой эффект реакции. Запишите термохимическое уравнение реакции.
88. Рассчитайте стандартную теплоту образования озонида калия KO3, исходя из термохимического уравнения реакции
4[KO3 ] + 2(CO2 ) = 2[K2CO3 ] + 5(O2 ); DH2980 = -1256,0 кДж
истандартных теплот образования CO2 и K2CO3.
89.Что называется стандартной теплотой образования вещества?
Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования (N2O)? Вычислите стандартную теплоту образования (N2O) на основании следующих термохимических уравнений:
[ NH4 NO3 ] = ( N2O) + 2(H2O); |
H2980 = −36,1 кДж; |
||||||||||||
[ NH4 NO3 ] = ( N2 ) + 0,5(O2 ) + 2(H2O); |
DH2980 = -118,2 кДж. |
||||||||||||
90. Определите тепловой эффект реакции разложения KClO3 по |
|||||||||||||
типу диспропорционирования: |
|||||||||||||
4[KClO3 ] |
= [KCl] + 3[KClO4 ] |
||||||||||||
исходя из следующих термохимических уравнений: |
|||||||||||||
[KClO3 ] = [KCl] +1,5(O2 ); |
DH2980 |
= -44,7 кДж; |
|||||||||||
[KClO4 ] = [KCl] + 2(O2 ); |
DH2980 |
= -5,8 кДж. |
|||||||||||
91. На основании термохимических уравнений процесса гидратации: |
|||||||||||||
[ Na SO |
4 |
] +10{H |
O} = [ Na SO |
4 |
×10H |
2 |
O]; |
DH 0 = -82,1 кДж |
|||||
2 |
2 |
2 |
298 |
||||||||||
и процесса растворения Na2SO4: |
|||||||||||||
[ Na2SO4 ] |
= 2{Na+ } |
+ |
{SO42−} |
; DH2980 = -2,3 кДж |
|||||||||
aq |
aq |
||||||||||||
рассчитайте тепловой эффект процесса растворения Na2SO4 · 10H2O
[ Na2SO4 ×10H2O] = 2{Na+ }aq + {SO24−}aq +10{H2O}
44
92. Вычислите тепловой эффект реакции
2[K2O] + 3(O2 ) = 4[KO2 ]
исходя из следующих термохимических уравнений:
[K2O] + (CO2 ) = [K2CO3 ] ; H2980 |
= −389,4 кДж; |
4[K2O] + 2(CO2 ) = 2[K2CO3 ] + 3(O2 ) ; |
H2980 = −385, 2 кДж. |
93. Как рассчитать стандартное изменение энтропии химической реакции? Найдите стандартное изменение энтропии для следующих реакций:
[ NH4 NO3 ] = ( N2O) + 2(H2O)
2(CO) + (O2 ) = 2(CO2 )
[S] + (O2 ) = (SO2 )
Почему в этих реакциях S2980 > 0; S2980 < 0; |
S2980 ≈ 0? |
94. Мерой чего является энтропия? Как |
соотносятся по величине |
стандартные энтропии газа, жидкости и твердого вещества? Не
производя вычислений, определите знак |
S для следующих реакций: |
a) (CO) + (Cl2 ) = (COCl2 ) |
г) ( N2 ) + (O2 ) Ђ 2( NO) |
б) [ NH4 NO2 ] = ( N2 ) + 2(H2O) |
д) [HgO] Ђ {Hg} + 1/ 2(O2 ) |
в) 4(HCl) + (O2 ) = 2(H2O) + 2(Cl2 ) |
е) [CaCO3 ] = [CaO] + (CO2 ) |
95. Определите термодинамическую возможность процесса регенерации воздуха в закрытых помещениях с помощью пероксида натрия при стандартных условиях
2[ Na2O2 ] + 2(CO2 ) = 2[ Na2CO3 ] + (O2 )
96. Что является критерием термодинамической возможности протекания реакции? Установите термодинамическую возможность протекания при стандартных условиях реакции разложения бертолетовой соли
2[KClO3 ] = 2[KCl] + 3(O2 )
97. Определите термодинамическую возможность образования при стандартных условиях озонида калия по реакции
[K] + (O3 ) = [KO3 ] .
45