Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ. Задача 1. Вычислите тепловой эффект образования NH3 из простых веществ при стандартных условиях по тепловым эффектам реакций:




Читайте также:
  1. A) принятие решения о финансировании одного из них не влияет на принятие решения о финансировании другого;
  2. D) Задачи воспитания в пубертетном возрасте. Кристоф Вихерт
  3. Gt; во-вторых, когнитивной оценкой (cognitive appraisal), которую человек дает событию, требующему разрешения.
  4. Hешаем задачу
  5. I Цели и задачи изучения дисциплины
  6. I. Задачи настоящей работы
  7. I. Ознакомление с условием задачи и его анализ
  8. I. Решение логических задач средствами алгебры логики
  9. I. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
  10. I. Цели и задачи проекта

 

Задача 1. Вычислите тепловой эффект образования NH3 из простых веществ при стандартных условиях по тепловым эффектам реакций:

 

2 + О2 = 2Н2О(ж); DНо1 = -571,68 кДж, (1)

 

4NH3 + 3О2 = 6Н2О(ж) + 2N2; DНо2 = -1530,28 кДж. (2)

 

Решение. Запишем уравнение реакции, тепловой эффект которой необходимо определить:

 

1/2N2 + 3/2Н2 = NH3, (3);

 

= ?

В уравнения (1) и (2) входят Н2О(ж) и О2, которые не входят в уравнение (3), поэтому, чтобы исключить их из уравнени1 (1) и (2), умножим уравнение (1) на 3 и вычтем из него (2):

 

2 + 3О2 – 4NH3 – 3О2 = 6Н2О(ж) – 6Н2О(ж) – 2N2(г) (4)

 

После преобразования уравнения (4) и деления его на 4 получаем искомое уравнение (3). Аналогичные действия проделываем и с тепловыми эффектами

(DНо1×3 - DНо2):4 = DНо3.

 

В результате получаем: [-571,68×3 – (-1530,28)]:4 = - 46,19 кДж.

 

Ответ: = - 46,19 кДж/моль.

 

Задача 2. В какой из перечисленных ниже реакций тепловой эффект будет стандартной теплотой образования SO3(г):

 

а) S(г) + 3/2О2(г) = SO3(г);

 

б) SO2(г) + 1/2О2 = SO3(г);

 

в) S(к) + 3/2О2(г) = SO3(г)?

 

Решение. В реакции (а) одно из исходных веществ S(г) находится в неустойчивой фазе, поэтому тепловой эффект реакции (а) не может быть DН . В реакции (б) – одно из исходный веществ, а именно SO2(г), не является простым веществом; и только в реакции (в) тепловой эффект соответствует стандартной теплоте образования DН .

 

Задача 3. Рассчитайте стандартный тепловой эффект реакции:

 

Fe2O3(к) + 3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О(г)

 

по известным величинам стандартных теплот образования исходных веществ и продуктов реакции. Величины приведены в приложении.

 

Решение. Согласно следствию из закона Гесса, стандартная энтальпия химической реакции равна сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Тепловой эффект данной реакции рассчитывается по уравнению

 

= 2DН + 3DН -(DН + 3DН )

Поскольку в справочниках приводится в расчете на 1 моль, то при расчете теплового эффекта химической реакции соответствующее значение умножается на число моль вещества, участвующего в реакции. Подставляя стандартные теплоты образования из приложения, получаем:



 

= 3(-241,84) – (-821,3) = 95,78 (кДж),

где и равны нулю.

Данная реакция идет с поглощением теплоты ( > 0), т.е. является эндотермической.

 

Задача 4. Сколько теплоты выделится при сжигании 20 литров этилена, взятого при нормальных условиях, если известны стандартные теплоты образования веществ.

 

Решение. Запишем уравнение процесса:

 

С2Н4(г) + 3О2 = 2СО2(г) + 2Н2О(ж)

 

Согласно следствию из закона Гесса, стандартная энтальпия химической реакции равна сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Тепловой эффект данной реакции рассчитывается по уравнению

 

= 2DН + 2DН -(DН + 3DН )

Подставляем справочные данные из приложения, получим:

 

= 2(-396,3) + 2(-285,84) – 52,28 = -1130,72 (кДж).



Следовательно, при сжигании 1 моль С2Н4 выделяется 1130,72 кДж. Однако, по условию задачи сжигается 20 л этилена, что составляет n = 20,0/22,4 = 0,89 моль С2Н4, где 22,4 л/моль – молярный объем любого газа при нормальных условиях.

Таким образом, при сгорании 0,89 моль С2Н4 выделится 0,89×(1130,72) = 1009,57 кДж теплоты.

 

Задача 5. Рассчитайте энтропийный и энтальпийный факторы протекания процесса при стандартных условиях:

 

4HCl(г) + О2 = 2Н2О(г) + 2Cl2(г).

 

Какой из рассчитанных факторов способствует протеканию процесса в прямом направлении?

 

Решение. Согласно следствию из закона Гесса и используя данные приложения найдем изменение энтальпии и энтропии системы.

Тепловой эффект данной реакции рассчитывается по уравнению

 

= 2DН + 2DН -(4DН + DН ) =

= 2(- 241,84) + 0 – (4(- 92,3) + 0) = - 114,48 (кДж),

DS = 2S + 2S -(4S + S ) =

= 2×223 + 2×188,8 –(4×186,7 + 205) = -256,4 (Дж/К)

Энтальпийным фактором процесса является энтальпия реакции. Самопроизвольному протеканию процесса способствует уменьшение энтальпии системы < 0. Энтропийный фактор равен произведению абсолютной температуры на энтропию реакции, т.е. ТDS . Самопроизвольному течению процесса способствует рост энтропии системы DS > 0.

В нашем случае энтропийный фактор

 

ТDS = 298 × (-256,4) = -76407,2 (Дж)

не способствует самопроизвольному протеканию процесса.

Энтальпийный фактор = - 114,48 кДж способствует самопроизвольному протеканию процесса в прямом направлении.

 

Задача 6. Установите, возможно ли при температурах 298 и 1000 К восстановление оксида Fe (III) до свободного металла по уравнению:



 

Fe2O3(к) + 3H2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О(г)

 

при стандартных состояниях. Определите температуру равновесия системы. Зависимостью и DS от температуры пренебречь.

 

Решение: В приложении найдем значения , S и DG для исходных веществ и продуктов реакции. Рассчитаем стандартные энтальпию, энтропию и энергию Гиббса реакции:

 

= 2DН + 3DН – (DН + 3DН ) =

= 2× 0 + 3× (-241,7) – (- 821,3 + 3 × 0) = 96,2 (кДж),

DS = 2S + 3S – (S + 3S ) =

= 2 × 27,15 + 3 × 188,8 – (89,8 + 3 × 130,6) = 139,1 (Дж/К),

 

DG = 2DG + 3DG – (DG + 3DG ) =

= 2× 0 + 3× (-228,61) – (- 740,98 + 3 × 0) = 55,18 (кДж).

 

Для данного процесса при Т = 298К DG > 0, т.е. невозможно восстановление Fe2O3(к) водородом для получения свободного металла.

Рассчитаем энергию Гиббса реакции при 1000 К по формуле:

 

DG = DН - ТDS .

 

DG = 96,2 × 103 – 1000 × 139,1 = – 49,2 (кДж).

 

Для данного процесса при Т = 1000 К DG < 0, т.е. возможно восстановление Fe2O3(к) водородом для получения свободного металла.

Равновесие в системе наступит при DG = 0. Исходя из этого, равновесную температуру определим по формуле:

 

Т = DН /DS = 96,2 × 103/139,1 = 691,59 (К).

 

Равновесие в системе наступит при температуре 651,9 К.


Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 16; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.036 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты