Тема 3. Химическая термодинамика

1-й уровень

91-95. Рассчитайте стандартный тепловой эффект реакции, предварительно подобрав коэффициенты в уравнении, и установите, является ли реакция экзо- или эндотермической. Стандартные энтальпии образования реагентов А, В и продуктов С и D взять из прил.3:

Задачи Реакции

A B C D

91 CuCl_2(т) + H₂O_(г) CuO_(т) + HCl_(г)

92 Al₂(SO₄)_3(т) Al₂O_3(т) + SO_3(г)

93 CS_2(ж) + O_2(г) CO_2(г) + SO_2(г)

94 HF_(г) +N_2(г) NF_3(г) + H_2(г)

95 Na₂SO_3(т) Na₂SO_4(т) + Na₂S_(т)

96-100 По термохимическому уравнению взаимодействия реагентов А и В, рассчитайте стандартную энтальпию образования продукта D. Известны (прил. 3) стандартный тепловой эффект химической реакции Н°_х.р. и стандартные энтальпии образования реагентов :

Задачи	Реакции
	А	В	С		D
9 6	Na2O(т)	+ SO3(т)	+ H2O(ж)		NaHSO4(т)	-650
9 7	Na2O(т)	+ SO2(г)	+ S(т)		Na2 S2O3(т)	-402
9 8	CuO(т)	+ NO2(г)	+ O2(г)		Cu(NO3)2(т)	-440
9 9	H2O(г)	+ CO2(г)	+ CuO(т)		Cu2(OH)2CO3(т)	-101
1 00	MgO(т)	+ NO2(г)	+ O2(г)		Mg(NO3)2(т)	-510

101-105. По термохимическому уравнению рассчитайте стандартную энтальпию образования реагента А, если известны стандартные энтальпии образования веществ В, С и D (прил. 3).

Задачи Реакции

A B C D

1 01 KClO_4(т) KClO_3(т) + KCl_(т) + O_2(г) +60

1 02 Mg(NO₃)_2(т) MgO_(т) + NO_2(г) + O_2(г) +510

1 03 Na₂CO₃×10H₂O_(т) NaOH_(т) + CO_2(г) + H₂O_(г) +662

1 04 KH₂PO_4(т) KOH_(т) +P₄O_10(т) + H₂O_(ж) +1020

1 05 NaHCO_3(т) Na₂O_(т) +CO_2(г) + H₂O_(ж) +338

106-110. Рассчитайте стандартное изменение энтропии реакции, предварительно подобрав коэффициенты в уравнении, и установите, будет ли она протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях. Необходимые данные взять из прил. 3:

Задачи Реакции

106 NiO_(т)+Al_(т)=Ni_(т)+Al₂O_3(т)

107 V_(т) +CaO_(т) =V₂O_5(т) +Ca_(т)

108 SO_2(г) +H₂S_(г) =S_(т) +H₂O_(ж)

109 N₂H_4(г) +O_2(г) =N_2(г) +H₂O_(г)

110 PbS_(т) +O_2(г) =PbO_(т) +SO_2(г)

111-115. Рассчитайте при температуре 25^оС стандартное изменение свободной энергии Гиббса образования оксида из соответствующих простых веществ, если известны стандартные энтальпии образования ( ,кДж/моль) и стандартные энтропии образования(Δ ,Дж/(моль·К)) данного оксида. Может ли данная реакция протекать самопроизвольно?

Задачи	111	112	113	114	115
Оксид	Fе2О3	РbО2	ZnО	Аl2О3	ВаО
	-824	-277	-581	-1675	-538
,ДЖ/мольК	78	75	53	51	70

116-120. По приведенным стандартным значениям изменения энтальпии и энтропии для химической реакции рассчитайте температуру, при которой равновероятны прямое и обратное направления данной реакции. В каком направлении, прямом или обратном, данная реакция будет протекать самопроизвольно при более высоких температурах?

Задачи	Реакция
116	СО2(г)+С(г)=2СО(г)	+ 173	+176
117	N2(г)+3Н2(г)=2NH3(г)	-92	-201
118	2NO(г)+О2(г)=2NO2(г)	-116	-147
119	SО2(г)+Сl2(г)=SС12О2(г)	-67	-159
120	Сl2(г)+5F2(г)=2СlF5(г)	-478	-616

2-й уровень

121-125. Вычислите количество теплоты, выделившееся при сгорании углеродсодержащего топлива А массой m, в котором также содержится негорючий компонент с массовой долей С_m. Считать, что горючим компонентом в топливе является углерод С_(т):

Задачи	121	122	123	124	125
А	Антрацит	Бурый уголь	Каменный уголь	Горючий сланец	Кокс
m, кг	300	800	500	1200	260
Cm, % ^т. /о	5	40	12	58	2

126-130. Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении оксида А металлом Б, если было получено m, г, восстановленного металла:

Задачи	126	127	128	129	130
A	Fе2О3	ТiO2	Сr2О3	СdО	РbО
Б	Аl	Са	Mg	Аl	Zn
m, г	565	761	928	341	492

131-135. Оцените при стандартных условиях возможность самопроизвольного протекания реакции восстановления металла из его оксида с помощью восстановителей А и В:

Задачи		131	132	133	134	135
Оксид		Sb2O5	Fе3О4	Вi2О3	WO3	ZrO2
	А, В	С, Н2	Са, Н2	С, Н2	С, Н2	Са, Н2

136-140. Определите знаки при  Н° и  S° для реакции, протекающей при стандартных условиях в прямом направлении. Как будет изменяться G° (возрастать или убывать), если температура будет изменяться так, как указано в условии?

Задачи		Реакция	Температура
136	2АВ(т)+В2(г)=2АВ2(т)		возрастает
137	АВ5(т) =АВ3(т) +В2(г)		уменьшается
138	2А(ж)+ВС(г)=А2ВС(ж)		уменьшается
139	АВ(т)+В(ж)=АВ2(т)		возрастает
140	А2В3(г)=2А2В(ж) + В2(г)		возрастает

141-145. Для данной реакции оцените возможность самопроизвольного ее протекания при температуре 298 К.

Задачи	Реакция
141	H2(г) + Cl2(г) + O2(г) = HСlO4(ж)
142	Ca(т) + P(т) + O2(г) = Ca3(PO4)2(т)
143	H2(г) + N2(г) + O2(г) = HNO3(ж)
144	N2(г) +2 H2(г) = N2H4(г)
145	Ca(т) + C(т) + O2(г) = CaCO3(т)

146-150. Рассчитайте температуру, при которой возможно протекание данной реакции в прямом направлении:

Задачи	Реакция
146	СН4(г)= С(т) + 2Н2(г)
147	Са3(РO4)2(т) = СаО(т) + Р2O5(т)
148		Mg(NO3)2(т) = MgO(т) + N2O5(г)
149		2Н2О(г) = 2 H2(г) + O2(г)
150		Nа2SО3(т) = Nа2О(т) + SО2(г)

3-й уровень

151. Раствор ацетата натрия, содержащий фенолфталеин, при Т =298 К обесцвечивается, а при нагревании становится розовым. На основании этого определите знаки при и наблюдаемого процесса, напишите его уравнение.

152. Почему при растворении в воде кристаллического хлорида калия энтропия увеличивается, а при растворении газообразного диоксида углерода – уменьшается?

153. Каков знак изменения энергии Гиббса процесса таяния льда при 273 К?

154. Стандартные энтальпии образования (кДж/моль) гидридов азота (III) и фосфора (III) равны соответственно -46,2 и 5,4. Сделайте вывод об относительной устойчивости этих веществ.

155. Предварительно подобрав коэффициенты в уравнении, рассчитайте энтальпию образования реагента Fe₃O₄ при стандартных условиях, если известны стандартные энтальпии остальных реагентов и продуктов реакции, а также стандартный тепловой эффект реакции ∆Н⁰_х.р= 37 кДж:

СО_(г) + Fe₃O_4(т) → FeO_(т) + СO_2(г)

156-160. По стандартному изменению энтропии в реакциях (I) и (II) рассчитайте стандартную энтропию образования указанного вещества из простых веществ. Напишите уравнение реакции образования этого вещества из простых веществ:

Задачи		Реакции		ΔS°, Дж/(мольК)		Вещество
156		(I) 2С(т)+O2(г)=2СО(г) (II) СO(г)+F2(г)= СОF2(г)		+ 179 -143		СОF2
157		(I) 2Сr(т)+3F2(г)=2СrF3(т) (II) 2СrF2(т)=2СrF2(т)+F2(г)		-469 -40;		СгF2
158		(I) Zr(т)+ZrСl4(г)=2ZrСl2(г) (II) Zr(т)+2Сl2(г)=ZrСl4(г)		+208 -116;		ZrСl2
159	(I) 2Аs(Т)+3F2(г)=2АsF3(г) (II) АsF5(г)=АsF3(г)+F2(г)		-103 + 139;		АsF5
160	(I) 2СlF5(г)=Сl2F6(г)+2F2(г) (II) Сl2(г)+5F2(г)=2СlF5(г)		+346 -616		Сl2F6