Термодинамика. Термохимия. Закон Гесса

Пример 9. Определить теплоту сгорания этилена

С₂Н₄ + 3О₂  2СО₂ + 2Н₂О + Q

Исходя из следующих данных:

2C_гр + 2Н₂ = С₂Н₄ – 62,01 кДж/моль (а)

C_гр + 2О₂ = СО₂ + 393,9 кДж/моль (б)

Н₂ + ½О₂ = Н₂О + 284,9 кДж/моль (в)

Решение. В данном случае можно воспользоваться двумя методами.

1-й метод. Комбинируя заданные термохимические уравнения, исключим водород и углерод, которые не участвуют в реакции горения. Для этого уравнение (б) умножаем на 2 и вычитаем из него уравнение (а):

2С_гр + 2О₂ = 2СО₂ + 787,8

2 С_гр + 2О₂ = С₂Н₄ – 62,01

2О₂ – 2Н₂ = 2СО₂ - С₂Н₄ +849,81

Полученный результат складываем по численно с уравнением (в), предварительно умножив его на 2:

2О₂ + 2Н₂ = 2СО₂ – С₂Н₄ + 849,8

2 Н₂ + 2О₂ = 2Н₂О_(ж) + 569,80

3О₂ = 2СО₂ – 2Н₂О_(ж) + С₂Н₄ + 1419,61

или С₂Н₄ + 3О₂ = 2СО₂ + 2Н₂О_(ж) + 1419,61 кДж/моль

Qc₂н₄ = 1419,61 кДж/моль

2-й метод. Применяем 1-е следствие закона Гесса, поскольку все приведённые в условии задачи тепловые эффекты являются теплотами образования соответственно этилена, диоксида углерода и жидкой воды из простых веществ (теплоты образования простых веществ применяются равными нулю):

Пример 10. Определить разность между и при 25С для следующих реакций.

1. N₂ + 3H₂ = 2NH₃

2. 2C_гр. + О₂ = 2СО

3. 3С₂Н₂  С₆Н₆.

Решение: Применяем формулу взаимосвязи изобарного и изохорного теплового эффекта.

1. Находим , где

n₁- число молей газообразных исходных вещевств;

n₂-число молей газообразных конечных веществ.

2.

Пример 11. Теплота образования Q_р. Аммиака равна 46,26кДж/кмоль при 25С. Определить теплоту образования Q_v. Аммиака при этой же температуре.

Решение. Согласно условию можно записать:

1/2N₂ + 3/2H₂ = NH₃ + 46,26 кДж/моль (или 46260 кДж/кмоль)

Находим изменение числа молей газа

Из соотношения находим Q_v.

Химическая кинетика. Закон действия масс. Реакции первого и второго порядков

Влияние температуры на скорость химической реакции. Уравнение Аррениуса.

Пример 12. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций протекающих в

N₂ + O₂ ↔ 2NO;

закрытом сосуде при высокой температуре, если увеличить давление в 3 раза?

Решение. При увеличении давления в 3 раза объём газовой смеси уменьшится в 3 раза, а мольные концентрации веществ во столько же раз увеличатся.

Согласно закону действия масс можно написать:

При увеличении давления в 3 раза концентрации станут равными

Поэтому

Находим отклонения:

т.е. скорость прямой реакции увечиться в 9 раз.

т.е. скорость обратной реакции увеличится в 9 раз.

Пример 13. Реакция разложения перекиси водорода в водном растворе протекает как реакция первого рода. Период половины превращения Н₂О₂ при заданных условиях равен 15,86 мин. Определить, какое время потребуется для разложения (при тех же условиях) 99% Н₂О₂.

Решение. По периоду половины превращения, используя вычисляем константу скорости разложения водорода:

из формулы определяем время, за которое разложится 99% перекиси водорода: а = 100% а – х = 100 – 99 = 1%

Пример 14. Тростниковый сахар в присутствии ионов водорода подвергается гидролизу с образованием глюкозы и фруктозы (реакция тростникового сахара):

Определить количество сахара (масс. доли, %), вступающего в реакцию через 5ч от начала опыта: ; ; ; а = 4,544а – 4,544х; 4,544х = 3,544а

Следовательно, за 300 мин прореагирует 77,96% первоначально взятого количества сахара.

Пример 15. Константа скорости омыления этилового эфира уксусной кислоты едким натром при 10С 2,38. Определить время (мин), необходимое для омыления 90% уксусноэтилового эфира, если смешать при 10С 1л. 0,05н. Раствора эфира с: 1) 1л. 0,05 н. NaOH; 2)1л. 0,1н. NaOH.

Решение. Реакция омыления уксусноэтилового эфира щёлочью является реакцией второго порядка. В первом случае концентрация эфира и щёлочи равны и можно воспользоваться уравнением.

откуда

Общий объём смеси 2л, поэтому концентрация вещества а в следствии разбавления уменьшится в 2 раза.

а = 0,025 моль/л. х = 0,05 ½ 0,9 = 0,0225 моль/л.

(При определении х учитывается разбавление в 2 раза и омыление на 90%).

Время, необходимое для омыления, будет

2. Во втором случае концентрации эфира и щелочи неодинаковы, поэтому необходимо применить уравнение .

Если а – начальная концентрация эфира, а b – начальная концентрация щелочи, то

а = ½ 0,05 = 0,025 моль/л; b - ½ 0,1 = 0,05 моль/л; х = 0,0225 моль/л.

Вычисляем

Пример 16. Используя приближенное правило Вант – Гоффа, вычислить, на сколько нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 80 раз? Температурный коэффициент скорости принять равным 3.

Решение. Используя уравнение ;

;

º

Таким образом, чтобы скорость реакции возросла в 80 раз, необходимо повысить температуру примерно на 40ºС.

Пример 17. Для одной из реакций были определены две константы скорости при 443ºС 0,0067 и при 497ºС 0,06857. Определить константу скорости этой же реакции при 508ºС.

Решение. По двум значениям констант скорости реакции, используя

определить величину энергии активации реакции

;Т₁ =716 К; Т₂ = 770 К.

Дж/моль

Рассчитывается константа скорости реакции при t = 508ºС. Используется в расчетах константа скорости при 497ºС и уравнение ;

Т₃ = 781 К; Т₂ = 770 К.