Примеры решения типовых задач Пример 1

Расчет стандартной энтальпии реакции по стандартным энтальпиям образования веществ.

Вычислите стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в автотрофных бактериях Thiobacillus thioparus:

5Na₂S₂O₃ 5Н₂O(т) +7O₂(г) 5Na₂SO₄(т) + 3Н₂SO₄(ж) + 2S(т) +22H₂O

Решение. Найдем в справочнике табличные значения _fН (кДж/моль) для каждого вещества: _fН(5Na₂S₂O₃ 5Н₂O )=-2602 кДж/моль; _fН(Н₂O) = -286 кДж/моль;

_fН(Na₂SO₄) = -1384 кДж/моль; _fН( Н₂SO₄) = - 907 кДж/моль. Энтальпии простых веществ (кислорода и серы) равны нулю.

Для решения задачи воспользуемся следствием из закона Гесса:

_rH = n_i_fH(продуктов) - n_j_fH(исходных веществ).

Подставляя в выражение значение стандартных энтальпий образования веществ и учитывая стехиометрические коэффициенты, вычислим стандартную энтальпию реакции:

_rH = 5_fН(Na₂SO₄) +3 H_f( Н₂SO₄) +22_fН(Н₂O) - 5_fН( Na₂S₂O₃5H₂O)

= [ 5(-1384) +3 (-907) +22(- 286)] – 5(-2602) = -2923 кДж/моль

Ответ: -2923 кДж/моль

Анализ полученного ответа: данная реакция является экзотермической, т.к. _rН < 0.

Пример 2

Pасчет стандартной энтальпии реакции по стандартным энтальпиям сгорания веществ.

Вычислите стандартную энтальпию реакции:

С₆H₁₂O₆(aq) 2С₂Н₅OH(ж) + 2СО₂(г)

Решение. Найдем в справочнике значения _сН для глюкозы и этанола:

_cН(С₆H₁₂O₆)= -2810 кДж/моль; _cН(С₂Н₅OH) = -1371 кДж/моль.

Стандартная энтальпия сгорания углекислого газа, как конечного продукта окисления, равна 0.

Для решения задачи воспользуемся следствием из закона Гесса:

_rН = n_i_cН(исходных веществ) - n_j_cН(продуктов).

Подставляя в выражение значения стандартных энтальпий сгорания веществ и учитывая стехиометрические коэффициенты, вычислим стандартную энтальпию реакции:

_rН = _сН(С₆H₁₂O₆) - 2_сН(С₂Н₅OH) = -2810 - 2(-1371) = -68 кДж/моль

Ответ: -68 кДж/моль

Пример 3.

Расчет энтальпии реакции с учетом количеств вступивших веществ.

Вычислите калорийность 350 г пищевого продукта, содержащего 50% воды, 30% белка, 15% жиров и 5% углеводов.

Решение. Q = Q(белка) + Q(жиров) + Q(углеводов). Для определения калорийности белков, жиров, углеводов воспользуемся табличными значениями удельных теплот полного окисления веществ в условиях организма: условный белок –17 кДж/г; условный жир – 39кДж/г; углеводы – 17кДж/г.

Q(бел.) = m(пищ. прод.) (бел.)  Q(усл. бел.)

Q(жир.) = m(пищ. прод.)  (жир.)  Q(усл. жир.)

Q(угл.) = m(пищ. прод.)  (угл.)  Q(угл.)

Q(бел.)= 350г  0,3  17 кДж/г = 1785 кДж/г

Q(жир.) = 350г  0,15  39 кДж/г = 2047,5 кДж/г

Q(угл.) = 350г 0,05  17 кДж/г = 297,5 кДж/г

Q = 1785,0 + 2047,5 + 297,5 = 4130,0 кДж = 987 кКал.

Ответ:  987 кКал.

Пример 4.

Нахождение стандартных теплот путем алгебраического суммирования уравнений на основании закона Гесса.

Вычислите стандартную энтальпию образования хлорида фосфора (V) по следующим значениям теплот реакции:

Р₄(красный) + 6Cl₂(г)  4PCl₃(ж), _rН = -1272 кДж/моль (I);

РCl₃(ж) + Cl₂(газ)  РCl₅(тв), _rН = -137 кДж/моль (II).

Решение. Если энтальпия образования какого-либо вещества неизвестна, ее можно вычислить, применив обычные алгебраические действия к термодинамическим уравнениям реакции.

Энтальпия реакции (I) – это энтальпия реакции образования 4 моль хлорида фосфора (III) из простых веществ. Следовательно, стандартная энтальпия образования РCl₃ будет равна ¼_rH (I).

Вычислим стандартную энтальпию образования хлорида фосфора (V) из простых веществ, зная _rH_II и _fH (PCl₃):

_fH(PCl₅) = _rH(II) + _rH(I)/4 = -137-1272/4 = - 455 кДж/моль

Ответ: Стандартная теплота образования хлорида фосфора (V) равна – 455 кДж/моль.

*Расхождения между ответами и табличными величинами объясняется экспериментальными ошибками в табличных данных по теплотам образования и сгорания веществ.