Химия - Часть 2 (Задания 15, 32, 43, 67, 84, 101, 137) - БГУИР
.docОглавление
Задание № 15 3
Задание № 32 4
Задание №43 5
Задание № 67 6
Задание № 84 8
Задание №101 10
Задание №137 12
Задание № 15
Рассчитайте тепловой эффект реакции
4 NH3(г) + 3 O2(г) = 2N2(г) + 6H2О(ж),
протекающей при стандартном давлении ( Р = 101 кПа ) и Т = 323 К. Теплоемкость веществ в интервале 298 – 323 К остается постоянной – Ср ≠ f (T).
Решение.
Поскольку теплоемкость остается постоянной, то тепловой эффект реакции рассчитываем по уравнению:
ΔН0323 = ΔН0298 + ΔС0р 298 ( 323 - 298)
ΔН0298 = 6 ΔН0 (Н2О(ж)) - 4 ΔН0 (NH3(г)) = 6·(- 285,83) - 4·(- 45,94) = - 1531,22 кДж
ΔС0р 298 = 2 С0 (N2(г)) + 6 С0 (Н2О(ж)) - 4 С0 (NH3(г)) - 3 С0 (О2(г)) =
2·29,12 + 6·75,3 - 4·35,1 - 3·29,37 = 281,53 Дж/К
ΔН0323 = -1531,22 + 281,53·10-3 (323 -298) = - 1524,18 кДж
Задание № 32
Реакция восстановления Fe2O3 алюминием протекает по уравнению
Fe2O3 (к) + 2 Al(к) = Al2O3(к) + 2 Fe(к)
Вычислите стандартное изменение энтропии, если на восстановление оксида железа (III) потребовалось 250 г Al.
Решение
Рассчитаем ΔS0298 реакции по уравнению
ΔS0298 = S0(Al2O3(к)) + 2 S0(Fe(к)) - S0(Fe2O3(к)) – 2 S0 (Al(к)) =
50,92 + 2·27,15 - 87,45 - 2·28,33 = - 38,89 Дж/К
Согласно уравнению в реакцию вступает 2 моль Al, или 54 г. Т.к. на восстановления оксида железа (III) потребовалось 250 г Al, то численное значение стандартного изменения энтропии будет:
ΔS0298 · 250
ΔS298 = ————— = - 180,05 Дж/К
54
Задание №43
Определите термодинамическую возможность протекания реакции
MgO(к) + H2(г) = Mg(к) + H2O(г)
При стандартном давлении и температуре 998 К, Ср ≠ f (T).
Решение
Протекание реакции возможно при ΔG < 0.
ΔG0998 = ΔH0998 - 998 ΔS0998
ΔH0998 = ΔH0298 + ΔC0 р 298 (998 - 298)
998
ΔS0998 = ΔS0298 + ΔC0 р 298 ln ——
298
ΔH0298 = ΔH0(Н2О(г)) - ΔH0(MgO(к)) = - 241,81 – (- 601,49) = 359,68 кДж
ΔC0 р 298 = С0 р (Mg(к)) + С0р(Н2О(г)) - С0р(MgO(к)) - С0р(Н2(г)) =
24,89 + 33,61 – 37,20 – 28,83 = - 7,53 Дж/К
ΔS0 298 = S0 (Mg(к)) + S0(Н2О(г)) - S0(MgO(к)) - S0(Н2(г)) =
32,68 + 188,72 – 27,07 – 130,52 = 63,81 Дж/К
Δ H0998 = 359,68 – 7,53·10-3·700 = 354,409 кДж
Δ S0998 = 63,81 -7,53 ln 3,34 = 54,70 Дж/К
ΔG0998 = 354,409 – 998·54,70·10-3 = 299,82
ΔG0998 > 0, следовательно, протекание реакции невозможно.
Задание № 67
Постройте диаграмму состояния системы Cd – Bi в координатах «состав - температура» по следующим данным:
Содержание Bi, масс.% 0 20 40 60 80 100
Содержание Cd, масс.% 100 80 60 40 20 0
T нач. кр., 0С 320 290 240 145 190 270
T кон. кр., 0С 320 145 145 145 145 270
Приведите полное название диаграммы, обозначьте фазовые поля. Укажите эвтектический состав и эвтектическую температуру. Для состава, соответствующего эвтектическому, постройте кривую охлаждения и укажите, как изменяются составы фаз в ходе охлаждения. Рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой охлаждения.
Решение
Построенная диаграмма называется «диаграмма состояния с простой эвтектикой».
На диаграмме присутствуют 4 фазовых поля.
Фазовое поле I – область жидкого состояния системы.
Фазовое поле II – область двухфазного равновесного состояния системы, смесь расплава и кристаллов Cd.
Фазовое поле III – область двухфазного равновесного состояния системы, смесь расплава и кристаллов Bi.
Фазовое поле IV – область кристаллического состояния системы.
Эвтектический состав: 40% Cd и 60% Bi.
Эвтектическая температура: 145 0С.
Число степеней свободы на кривой охлаждения для эвтектического состава рассчитываем в соответствии с правилом фаз Гиббса:
С = к – Ф + n
На участке 1-2 кривой охлаждения система однофазная (расплав).
С = 2 – 1 + 1 = 2
На участке 2-3 система трехфазная (расплав и кристаллы обоих компонентов).
С = 2 – 3 + 1 = 0
На участке 3 – 4 система двухфазная (смесь кристаллов 2 компонентов).
С = 2 – 2 + 1 = 1
Задание № 84
Составьте схему гальванического элемента из стандартного свинцового электрода и водородного в электролите с рН = 4. Запишите уравнения анодно – катодных процессов и суммарное уравнение токообразующей реакции. Рассчитайте ε, Аlм, ΔG и Кр. Как изменятся процессы, если оба электрода будут стандартными?
Решение
Схема гальванического элемента:
Pb | Pb2+ || 2H+| H2, Pt
Рассчитаем φр электродов:
φр(Pb2+/Pb) = φ0(Pb2+/Pb) = - 0,126 В
φр(2Н+/Н2) = - 0,059 рН = - 0,059·4 = - 0,236 В
φр(2Н+/Н2) < φр(Pb2+/Pb), следовательно, свинцовый электрод будет катодом, а водородный – анодом.
Уравнения катодно – анодных процессов имеют вид:
А: Н2 – 2е = 2 Н+ φа = - 0,236 В
К: Pb2+ + 2е = Pb0 φк = - 0,126 В
Суммарное уравнение токообразующей реакции:
Н2 + Pb2+ = Pb + 2H+
ЭДС гальванического элемента:
ε = φк - φа = - 0,126 + 0,236 = 0,110 В
Полезная работа гарьванического элемента:
Аlм = nFε = 2·96500·0,110·10-3 = 21,23 кДж
Изменение свободной энергии Гиббса электрохимической реакции:
ΔG = -nFε = -21,23 кДж
Константу равновесия Кр находим из уравнения:
nε 2·0,110
lg Kp = —— = ——— = 3,72
0,059 0,059
Kp = 5,2481· 103
Если оба электрода будут стандартными, то
φр(2Н+/Н2) = φ0(2Н+/Н2) = 0
φр(2Н+/Н2) > φр(Pb2+/Pb), следовательно, свинцовый электрод будет анодом, а водородный – катодом.
А: Pb0 – 2е = Pb2+ φа = - 0,126 В
К: 2 Н+ + 2е = Н2 φк = 0
Суммарное уравнение токообразующей реакции:
2H++ Pb = Н2 + Pb2+
Задание №101
Составьте схему электролиза 1 М раствора CuCl2 на графитовых электродах, уравнения электродных реакций и суммарное уравнение электролиза. Рассчитайте, как увеличилась масса катода, если на аноде выделилось 5,6 л газа (Br = 100%). Определите количество прошедшего электричества и массу разложившейся соли.
Решение
-
Схема электролиза
| |
К(-) С| СuCl2 , H2O |С (+)А
__________| |________
К: A:
Cu2+ + 2e = Cu 2Cl- - 2e = Cl2
Суммарное уравнение электролиза:
I,A
CuCl2 → Cu + Cl2
2. Согласно уравнению электролиза, масса катода увеличивается за счет выделившейся меди
=
m(Cu) = = = 16 (г)
Количество прошедшего электричества:
Q = = = 48200 K
Масса разложившейся соли:
= = 33,75 (г)
Задание №137
Масса медного изделия, находящегося в условиях влажной атмосферы (Н2О + О2), уменьшилась за 3 ч на 9,6 г. Определите силу тока, возникшую при этом, и объем поглощенного О2 (н.у.) . Запишите уравнения соответствующих процессов.
Решение
Силу тока, возникшего при коррозии, рассчитываем по формуле:
96500·n·Δm 96500·2 ·9,6
I = ————— = ————— = 2,68А
t·M 3·3600·64
Коррозия меди в присутствии Н2О и О2 будет протекать по следующей схеме:
А: Cu – 2е = Cu2+ φа = φ0(Cu2+/Cu) = 0,337 В
К: ½ О2 + Н2О + 2е = 2 ОН- φк = φр(О2/ОН-) = 1,23 – 0,059 рН = 0,82 В
Суммарное уравнение:
Cu + ½ О2 + Н2О = Cu(OH)2
Согласно уравнению реакции, на окисление 1 моль Cu расходуется ½ моль О2
m(Cu) V(O2)
——— = ————
M(Cu) ½ Vm(O2)
m(Cu)·Vm(O2) 9,6·22,4
V(O2) = —————— = ———— = 1,68 л
M(Cu) · 2 64 · 2