3. Термодинамика

3.1 Решение типовых задач

1) Вычислить изменение стандартной энтропии образования (ΔS⁰образ.) этанола из элементов, пользуясь табличными данными абсолютных энтропий веществ при 25⁰С (стандартных энтропий веществ S⁰₂₉₈).

Вещество	S0298 , Дж/моль  К
С(Т), графит	5,21
Н2 (г)	130,52
О2 (г)	205,18
С2Н5ОН (ж)	160,78

Решение:

ΔS⁰образ. = Σ S⁰_пр. - Σ S⁰_исх. (1)

Уравнение образования этанола из элементов:

2С + 3Н₂ + 1/20₂ → С₂Н₅ОН

Подставляя величины S⁰₂₉₈ для каждого участника реакции в уравнение (1), получим с учетом коэффициентов в уравнении реакции:

ΔS⁰образ. = 160,78 – (2 · 5,21 + 3 · 130,52 + ½ · 205,18) = -343,79 Дж/моль  К.

2) Вычислите изменение энтропии при плавлении 10 г воды. Удельная теплота плавления q равна 19,12 Дж/г.

Решение: Изменение энтропии для изотермического обратимого процесса можно рассчитать по формуле:

ΔS = Q/T,

где ΔS – изменение энтропии процесса;

Q = g  q – теплота процесса;

g – масса вешества;

Т – температура.

Температура плавления льда 273,16 К.

Таким образом, ΔSпл. 10 г воды найдем как ΔS = = =

= 0,70 Дж/К.

3) Найти энтальпию процесса, соответствующего простейшему уравнению фотосинтеза, по величинам энтальпий образования исходных веществ и продуктов реакции.

Решение: Простейшее уравнение фотосинтеза:

6CO₂ (г) + 6H₂O (г) = C₆H₁₂O₆ (т) + 6O₂ (г), ΔH _x - ?

Стандартные энтальпии образования веществ, участвующих в этом процессе найдем в таблице А5 приложения А.

ΔH⁰₂₉₈ С₆Н₁₂О₆ (т) = -2820,1 кДж/моль,

ΔH⁰₂₉₈ СО₂ (г) = -393,5 кДж/моль,

ΔH⁰₂₉₈ Н₂О (г) = -241,8 кДж/моль,

ΔH⁰₂₉₈ O₂, как простого вещества, равно 0.

Воспользуемся для решения задачи законом Гесса. Для этого запишем термохимические уравнения всех процессов образования указанных веществ.

6С(т) + 3О₂(г)+ 6Н₂(г) = С₆Н₁₂О₆(т), ΔН₁ (1)

С(т) + О₂(г)= СО₂(г) , ΔH₂ (2)

Н₂(г) + 1/2О₂(г) = Н₂О(г) , ΔH₃ (3)

Умножим уравнения (2) и (3) на минус шесть и сложим почленно все эти уравнения, получим:

6С(т) + 3О₂(г)+ 6Н₂(г)– 6С(т) – 6О₂(г)– 6Н₂(г) – 3О₂(г) =

= С₆Н₁₂О₆(т) – 6СО₂(г) – 6Н₂О(г).

Произведем алгебраическое сложение:

– 6О₂(г) = С₆Н₁₂О₆(т) - 6СО₂(г) - 6Н₂О(г),

переносим вправо переносим влево

окончательно:

6СО₂(г) + 6Н₂О(г) = С₆Н₁₂О₆(т) + 6О₂(г), ΔН_х.

Получив искомое уравнение фотосинтеза, ясно, что

ΔН _х = ΔН₁ - 6 ΔH₂ – 6 ΔH₃ .

Итак, ΔН _х = -2820,1 – 6(-393,5) – 6(-241,8) = 991,7 кДж/моль.

3.2 Задачи для контрольной работы

21 – 30 Сформулируйте закон Гесса. Найдите энтальпию реакции по величинам энтальпий образования исходных веществ и конечных продуктов (в соответствии со своим вариантом (таблица 4)) (приложение А, таблица А5)

Таблица 4 Варианты контрольных заданий 21-30

№ задачи	Процесс
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30	2С2Н2 (г) + 5О2 (г) = 4СО2 (г) + 2Н2О(г) СН4 (г) + 2О2 (г) = СО2 (г) + 2Н2О (г) 2СН3ОН (ж) + 3О2 (г) = 2СО2 (г) + 4Н2О(г) СН3СООН (ж) + 2О2 (г) = 2СО2 (г) + 2Н2О(г) CaO (т) + H2O (ж) = Ca(OH)2(т) 2CO (г) + 4H2 (г) = C2H5OH (ж) + H2O(ж) Al2O3 (т) + 3SO3 (г) = Al2(SO4)3(т) 4NH3 (г) + 5O2 (г) = 4NO (г) + 6H2O(г) Fe2O3 (т) + 2Al (т) = 2Fe (т) + Al2O3(т) Fe2O3 (т) + 3CO (г) = 2Fe (т) + 3CO2(г)

31 – 40 Какая термодинамическая функция называется энтропией? Каково ее статистическое толкование? Как вычисляется изменение энтропии в равновесном изотермическом процессе? Найдите изменение энтропии в указанных ниже процессах (таблица 5) при стандартных условиях (приложение А, таблица А5).

Таблица 5 Варианты контрольных заданий 31-40

№ задачи	Процессы
31,32 33,34 35,36 37,38 39,40	N2 (г) + 3H2 (г) = 2NH3(г) H2 (г) + I2 (т) = 2HI(г) 2NO (г) + O2 (г) = 2NO2(г) H2 (г) + Cl2 (г) = 2HCl(г) Кипение 1 кмоля воды ΔНкип.(уд.) = 2,257 кДж/г