КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Эталоны решения задач. 1. Некоторая реакция протекает с уменьшением энтропии1. Некоторая реакция протекает с уменьшением энтропии. Определить, при каком условии возможно самопроизвольное протекание данной реакции. Решение. Условием самопроизвольного протекания реакции является уменьшение свободной энергии Гиббса, т.е. DG < 0. Изменение DG можно рассчитать по формуле: DG = DH - T×DS Так как в ходе реакции энтропия уменьшается (DS < 0), то энтропийный фактор препятствует самопроизвольному протеканию данной реакции. Таким образом, самопроизвольное протекание данной реакции может обеспечить только энтальпийный фактор. Для этого необходимо выполнение следующих условий: 1) DH < 0 (реакция экзотермическая); 2) (процесс должен протекать при низких температурах). 2. Эндотермическая реакция разложения протекает самопроизвольно. Оценить изменение энтальпии, энтропии и величины свободной энергии Гиббса. Решение. 1) Так как реакция эндотермическая, то DH > 0. 2) В реакциях разложения энтропия возрастает, следовательно DS > 0. 3) Самопроизвольное протекание реакции свидетельствует о том, что DG < 0. 3. Вычислить стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в бактериях Thiobacillus denitrificans: 6KNO3(тв.) + 5S(тв.) + 2CaCO3(тв.) = 3K2SO4(тв.) + 2CaSO4(тв.) + 2CO2(газ) + 3N2(газ) по значениям стандартных энтальпий образования веществ:
Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция. Решение. Запишем выражение первого следствия из закона Гесса с учетом того, что стандартные энтальпии образования серы и азота равны нулю: = (3× K2SO4 + 2× CaSO4 + 2× CO2) - - (6× KNO3 + 2× CaCO3). Подставим значения стандартных энтальпий образования веществ: = 3×(-1438) + 2×(-1432) + 2×(-393,5) - (6×(-493) + 2×(-1207)). Получим: = -2593 кДж. Так как < 0, то реакция экзотермическая. 4. Вычислить стандартную энтальпию реакции: 2C2H5OH(жидк.) = C2H5OC2H5(жидк.) + H2O(жидк.) по значениям стандартных энтальпий сгорания веществ: C2H5OH = -1368 кДж/моль; C2H5OC2H5 = -2727 кДж/моль. Решение. Запишем выражение второго следствия из закона Гесса с учетом того, что стандартная энтальпия сгорания воды (высший оксид) равна нулю: = 2× C2H5OH - C2H5OC2H5. Подставим значения стандартных энтальпий сгорания веществ, участвующих в реакции: = 2×(-1368) - (-2727). Получим: = -9 кДж.
Следствия из закона Гесса позволяют вычислять не только стандартные энтальпии реакций, но и величины стандартных энтальпий образования и сгорания веществ по косвенным данным. 5. Определить стандартную энтальпию образования оксида углерода (II) по следующим данным:
Решение. Из уравнения (1) видно, что стандартное изменение энтальпии данной реакции соответствует стандартной энтальпии образования CO2. Запишем выражение первого следствия из закона Гесса для реакции (2): = CO2 - CO. Отсюда: CO = CO2 - . Подставим значения и получим: CO = -293,5 - (-283) = -110,5 кДж/моль. Эту задачу можно решить и другим способом. Вычитая из первого уравнения второе, получим:
6. Вычислить стандартную энтропию реакции: CH4(газ) + Cl2(газ) = CH3Cl(газ) + HCl(газ), по значениям стандартных энтропий веществ:
Решение. Стандартную энтропию реакции вычислим по формуле: = ( CH3Cl + HCl) - ( CH4 + Cl2). Подставляя табличные значения, получим: = 234 + 187 - (186 + 223) = 12 Дж/(моль×K). 7. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции: C2H5OH(жидк.) + H2O2(жидк.) = CH3COH(газ) + 2H2O(жидк.) по следующим данным:
Определить, возможно ли самопроизвольное протекание данной реакции при стандартных условиях. Решение. Стандартную энергию Гиббса реакции вычислим по формуле: = ( CH3COH + 2× H2O) - ( C2H5OH + H2O2). Подставляя табличные значения, получим: = -129 + 2×(-237) - ((-175) + (-121) = -307 кДж/моль. Так как < 0, то самопроизвольное протекание данной реакции возможно. 8. Рассчитать стандартную энергию Гиббса для реакции окисления глюкозы: С6H12O6(тв.) + 6O2(газ) = 6CO2(газ) + 6H2O(жидк.). по известным данным:
Решение. Значения стандартных энтальпии и энтропии реакции рассчитаем при помощи первого следствия из закона Гесса: = 6 CO2 + 6 H2O - С6H12O6 - 6 O2 = = 6×(-393,5) + 6×(-286) - (-1274,5) - 6×0 = -2803 кДж; = 6 СО2 + 6 H2O - С6H12O6 - 6 O2 = = 6×214 + 6×70 - 212 - 6×205 = 262 Дж/К = 0,262 кДж/К. Стандартную энергию Гиббса реакции найдем из соотношения: = - T× = -2803 кДж - 298,15 K×0,262 кДж/К = = -2881 кДж. 9. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции гидратации сывороточного альбумина при 250С, для которой DH0 = -6,08 кДж/моль, DS0 = -5,85 Дж/(моль×К). Оценить вклад энтальпийного и энтропийного фактора. Решение. Стандартную энергию Гиббса реакции рассчитаем по формуле: DG0 = DH0 - T×DS0. Подставив значения, получим: DG0 = -6,08 кДж/моль - 298 К×(-5,85×10-3) кДж/(моль×К) = = -4,34 кДж/моль. В данном случае энтропийный фактор препятствует протеканию реакции, а энтальпийный - благоприятствует. Самопроизвольное протекание реакции возможно при условии, если , т.е., при низких температурах.
10. Определить температуру, при которой самопроизвольно пойдет реакция денатурации трипсина, если = 283 кДж/моль, = 288 Дж/(моль×К). Решение. Температуру, при которой равновероятны оба процесса найдем из соотношения: В данном случае энтальпийный фактор препятствует протеканию реакции, а энтропийный - благоприятствует. Самопроизвольное протекание реакции возможно при условии, если: Таким образом, условием самопроизвольного протекания процесса является T > 983 K. Вопросы для самоконтроля 1. Что такое термодинамическая система? Какие типы термодинамических систем вы знаете? 2. Перечислите известные Вам термодинамические параметры. Какие из них относятся к измеряемым? Какие к неизмеряемым? 3. Что такое термодинамический процесс? Как называются процессы, протекающие при постоянстве одного из параметров? 4. Какие процессы называют экзотермическими? Какие эндотермическими? 5. Какие процессы называют обратимыми? Какие необратимыми? 6. Что понимают под термином «состояние системы»? Какие бывают состояния системы? 7. Какие системы изучает классическая термодинамика? Сформулируйте первый и второй постулаты термодинамики. 8. Какие переменные называют функциями состояния? Перечислите известные вам функции состояния. 9. Что такое внутренняя энергия? Можно ли измерить внутреннюю энергию? 10. Что такое энтальпия? Какова ее размерность? 11. Что такое энтропия? Какова ее размерность? 12. Что такое свободная энергия Гиббса? Как ее можно вычислить? Что можно определить при помощи этой функции? 13. Какие реакции называют экзэргоническими? Какие эндэргоническими? 14. Сформулируйте первый закон термодинамики. В чем заключается эквивалентность теплоты и работы? 15. Сформулируйте закон Гесса и следствия из него. Что такое стандартная энтальпия образования (сгорания) вещества? 16. Сформулируйте второй закон термодинамики. При каком условии процесс самопроизвольно протекает в изолированной системе?
Варианты задач для самостоятельного решения Вариант № 1 1. Вычислить стандартную энтальпию реакции: 4NH3(газ) + 5O2(газ) = 4NO(газ) + 6H2O(газ), используя значения стандартных энтальпий образования веществ:
Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция. 2. Вычислить стандартную энтальпию реакции: С2H6(газ) + H2(газ) = 2CH4(газ), используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:
3. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции гидратации b-лактоглобулина при 250С, для которой DH0 = -6,75 кДж, DS0 = -9,74 Дж/К. Оценить вклад энтальпийного и энтропийного фактора. Вариант №2 1. Вычислить стандартную энтальпию реакции: 2NO2(газ) + O3(газ) = O2(газ) + N2O5(газ), используя значения стандартных энтальпий образования веществ:
Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция. 2. Вычислить стандартную энтальпию реакции: С2H2(газ) + 2H2(газ) = C2H6(газ), используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:
3. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции тепловой денатурации химотрипсиногена при 500С, для которой DH0 = 417 кДж, DS0 = 1,32 кДж/К. Оценить вклад энтальпийного и энтропийного фактора. Вариант №3 1. Вычислить стандартную энтальпию реакции гидрирования бензола до циклогексана двумя способами, т.е., используя значения стандартных энтальпий образования и сгорания веществ:
2. Оценить возможность самопроизвольного протекания реакции: Cu(тв.) + ZnO(тв.) = CuO(тв.) + Zn(тв.) при стандартных условиях, если:
3. При восстановлении 12,7 г оксида меди (II) углем (с образованием CO) поглощается 8,24 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования CuO, если CO = -111 кДж/моль. Вариант №4 1. Вычислить стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в автотрофных бактериях Baglatoa и Thiothpix, по стадиям и суммарно: 2H2S(газ) + O2(газ) = 2H2O(жидк.) + 2S(тв.); 2S(тв.) + 3O2(газ) + 2H2O(жидк.) = 2H2SO4(жидк.), если:
2. Вычислить стандартную энтальпию реакции: С6H12O6(тв.) = 2C2H5OH(жидк.) + 2CO2(газ), используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:
3. Оценить роль энтальпийного и энтропийного факторов для реакции: 4HCl(газ) + O2(газ) = 2Cl2(газ) + 2H2O(жидк.) по известным данным:
Определить температуру, при которой реакция пойдет самопроизвольно. Вариант №5 1. Вычислить стандартную энтальпию реакции: 2CH3Cl(газ) + 3O2(газ) = 2CO2(газ) + 2H2O(жидк.) + 2HCl(газ), используя значения стандартных энтальпий образования веществ:
Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция. 2. Вычислить стандартную энтальпию реакции: С6H6(жидк.) + 3H2(газ) = C6H12(жидк.), используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:
3. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции денатурации трипсина при 500С, для которой DH0 = 283 кДж, DS0 = 288 Дж/К). Оценить возможность протекания процесса в прямом направлении. Вариант №6 1. Вычислить стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в автотрофных бактериях Thiobacillus Thioparus: 5Na2S2O3×5H2O(тв.) + 7O2(газ) = 5Na2SO4(тв.) + 3H2SO4(ж.) + 2S(тв.) + 22H2O(ж.), если:
Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция. 2. Вычислить стандартную энтальпию реакции: С6H5NO2(жидк.) + 3H2(газ) = С6H5NH2(жидк.) + 2H2O(жидк.), используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:
3. Оценить роль энтальпийного и энтропийного факторов для реакции: H2O2(жидк.) + O3(газ) = 2O2(газ) + H2O(жидк.) по известным данным:
Определить температуру, при которой реакция пойдет самопроизвольно. Вариант №7 1. Вычислить стандартную энтальпию образования CH3OH по следующим данным: CH3OH(жидк.) + 1,5O2(газ) = CO2(газ) + 2H2O(жидк.) DH0 = -726,5 кДж; С(графит) + O2(газ) = CO2(газ) DH0 = -393,5 кДж; H2(газ) + 0,5O2(газ) = H2O(жидк.) DH0 = -286 кДж.
2. Оценить возможность самопроизвольного протекания реакции: 8Al(тв.) + 3Fe3O4(тв.) = 9Fe(тв.) + Al2O3(тв.) при стандартных условиях, если:
3. Вычислить значение DH0 для возможных реакций превращения глюкозы: 1) C6H12O6(кр.) = 2C2H5OH(жидк.) + 2CO2(газ); 2) C6H12O6(кр.) + 6O2(газ) = 6CO2(газ) + 6H2O(жидк.). по известным данным:
В результате какой из этих реакций выделяется большее количество энергии? Вариант №8 1. Вычислить стандартную энтальпию образования MgCO3 по следующим данным: MgO(тв.) + CO2(газ) = MgCO3(тв.) +118 кДж; С(графит) + O2(газ) = CO2(газ) +393,5 кДж; H2(газ) + 0,5O2(газ) = H2O(жидк.) +286 кДж. 2. Вычислить стандартную энтропию реакции: С2H6(газ) + H2(газ) = 2CH4(газ) по известным данным:
3. Какие из перечисленных оксидов: CaO, FeO, CuO, PbO, FeO, Cr2O3 могут быть восстановлены алюминием до свободного металла при 298 К:
Вариант №9 1. Вычислить стандартную энтальпию образования Ca3(PO4)2 по следующим данным: 3CaO(тв.) + P2O5(тв.) = Ca3(PO4)2(тв.) DH0 = -739 кДж; P4(тв.) + 5O2(газ) = 2P2O5(тв.) DH0 = -2984 кДж; Ca(тв.) + 0,5O2(газ) = CaO(тв.) DH0 = -636 кДж. 2. Оценить возможность самопроизвольного протекания реакции: Fe2O3(тв.) + 3CO(газ) = 2Fe(тв.) + 3CO2(газ) при стандартных условиях, если:
3. Определить, какие из перечисленных оксидов: CuO, PbO2, ZnO, CaO, Al2O3 могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298 К, если известно:
Вариант №10 1. Вычислить стандартную энтальпию образования этанола по следующим данным: DH0сгор.C2H5OH = -1368 кДж/моль; С(графит) + O2(газ) = CO2(газ) +393,5 кДж; H2(газ) + O2(газ) = H2O(жидк.) +286 кДж. 2. Вычислить стандартную энтропию реакции: С2H2(газ) + 2H2(газ) = C2H6(газ), по известным данным:
3. Вычислить количество энергии, которое выделится в организме человека, который съел 2 кусочка сахара по 5 г каждый, считая, что основной путь метаболизма сахарозы сводится к ее окислению: C12H22O11(тв.) + 12O2(газ) = 12CO2(газ) + 11H2O(жидк.) = -5651 кДж. Вариант №11 1. Вычислить стандартную энтальпию образования С2H4 по следующим данным: С2H4(газ) + 3O2(газ) = 2CO2(газ) + 2H2O(жидк.) +1323 кДж; С(графит) + O2(газ) = CO2(газ) +393,5 кДж; H2(газ) + 0,5O2(газ) = H2O(жидк.) +286 кДж. 2. Не производя вычислений, установить знак DS0 следующих процессов: 1) 2NH3(газ) = N2(газ) + 3H2(газ); 2) CO2(кр.) = CO2(газ); 3) 2NO(газ) + O2(газ) = 2NO2(газ). 3. Определить, по какому уравнению реакции будет протекать разложение пероксида водорода при стандартных условиях: 1) H2O2(газ) = H2(газ) + O2(газ); 2) H2O2(газ) = H2O(жидк.) + 0,5O2(газ), если:
Вариант №12 1. Вычислить стандартную энтальпию образования ZnSO4 по следующим данным: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + SO2 DH0 = -890 кДж; 2SO2 + O2 = 2SO3 DH0 = -196 кДж; ZnSO4 = ZnO + SO3 DH0 = +234 кДж. 2. Вычислить стандартную энтропию реакции: 2KClO3(тв.) = 2KCl(тв.) + 3O2(газ) по известным данным:
3. Определить температуру, при которой самопроизвольно будет протекать реакция: CH4(газ) + CO2(газ) = 2CO(газ) + 2H2(газ) если: = -247 кДж; = -1334 кДж/K. Вариант №13 1. Рассчитать стандартную энтальпию реакции: 2FeO(тв.) + O2(газ) = Fe2O3(тв.) по следующим данным: Fe(тв.) + O2(газ) = FeO(тв.) +267 кДж; 2Fe(тв.) + O2(газ) = Fe2O3(тв.) +822 кДж; 2. Вычислить стандартную энтропию фазовых превращений: H2O(тв.) = H2O(жидк.), H2O(жидк.) = H2O(газ), H2O(тв.) = H2O(газ). по известным данным:
3. Вычислить количество энергии, которое выделится при сгорании 10 г бензола, по следующим данным:
Вариант №14 1. Вычислить стандартную энтальпию образования PCl5 по следующим данным: P4(тв.) + 6Cl2(газ) = 4PCl3(газ) DH0 = -1224 кДж; PCl3(газ) + Cl2(газ) = PCl5(газ) DH0 = -93 кДж. 2. Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса образования сероуглерода CS2 по следующим данным: CS2(жидк.) + 3O2(газ) = CO2(газ) + 2SO2(газ) DG0 = -930 кДж; CO2 = -394 кДж/моль; SO2 = -300 кДж/моль. 3. Оценить роль энтальпийного и энтропийного факторов для реакции: CaCO3(тв.) = CaO(тв.) + CO2(газ) по известным данным:
Определить температуру, при которой реакция пойдет самопроизвольно. Вариант №15 1. Вычислить тепловой эффект реакции образования кристаллогидрата CuSO4×5H2O, протекающей по уравнению: CuSO4(тв.) + 5H2O(жидк.) = CuSO4×5H2O(тв.), если известно:
2. Вычислить стандартную энтропию реакции: С6H6(жидк.) + 3H2(газ) = C6H12(жидк.), по известным данным:
3. Определить возможность протекания реакции: P2O5(тв.) + 3H2О(жидк.) = 2PH3(газ) + 4O2(газ), при стандартных условиях, если:
Вариант №16 1. Рассчитать, в каком случае выделится больше энергии: при сжигании 1 моль водорода или 1 моль ацетилена
2. Вычислить температуру фазового превращения белого олова в серое по следующим данным:
3. Определить, можно ли при стандартных условиях получить пероксид водорода по реакции: 2H2O(жидк.) + O2(газ) = 2H2O2(жидк.), если
Вариант №17 1. Синтез-газ представляет собой смесь равных объемов водорода и оксида углерода (II). Вычислить количество энергии, которое выделится при сжигании 112 л синтез-газа, если известны термохимические уравнения: СO(газ) + O2(газ) = CO2(газ) DH0 = -283 кДж; H2(газ) + O2(газ) = H2O(жидк.) DH0 = -286 кДж. 2. Вычислить стандартную энтропию реакции: 3HNO2(водн. р-р) = HNO3(жидк.) + 2NO(газ) + H2О(жидк.), по известным данным:
3. Определить температуру, при которой самопроизвольно будет протекать реакция: CO(газ) + 2H2(газ) = CH3OH(жидк.), если: = -128 кДж; = -333 кДж/K. Вариант №18* 1. В ходе реакции окисления аммиака 4NH3(газ) + 3O2(газ) = 2N2(газ) + 6H2O(жидк.) образовалось 2,24 л азота и при этом выделилось 76,5 кДж теплоты. Вычислить NH3, если H2O = -286 кДж/моль. 2. Рассчитать стандартную энтальпию реакции: 3C2H2(газ) = C6H6(жидк.) по следующим данным: 2C2H2(газ) + 5O2(газ) = 4CO2(газ) + 2H2O(жидк.) DH0 = -2600 кДж; C6H6(газ) + 7,5O2(газ) = 6CO2(газ) + 3H2O(жидк.) DH0 = -3302 кДж; 3. Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,8×10-5. Вычислить изменение энергии Гиббса при диссоциации уксусной кислоты. БЛОК ИНФОРМАЦИИ
|