Індивідуальні домашні завдання

1. Енергетика хімічних реакцій. Хіміко-термодинамічні розрахунки.

1. При сполученні 2,1 г заліза з сіркою виділилось 3,77 кДж. Розрахувати теплоту утворення ферум (ІІ) сульфіду. (Відповідь: ΔН⁰ = -100,3 кДж/моль)

2. Знайти кількість теплоти, яка виділиться під час вибуху 8,4 л гримучого газу, взятого за нормальних умов. (Відповідь: 60,5 кДж)

3. Визначити стандартну ентальпію (ΔН⁰₂₉₈) утворення РН₃, виходячи з рівняння:

2РН₃ (г.) + 4О₂ (г.) = Р₂О₅ (к.) + 3Н₂О (р.); ΔН⁰ = -2360 кДж.

(Відповідь: 5,3 кДж/моль)

4. Виходячи з теплового ефекту реакції

3СаО (к.) + Р₂О₅ (к.) = Са₃(РО₄)₂ (к.); ΔН⁰ = -739 кДж

визначити ΔН⁰₂₉₈ утворення кальцію ортофосфата. (Відповідь: -4137,5 кДж/моль)

5. Виходячи з рівняння реакції

СН₃ОН (р.) + ³/₂ О₂ (г.) = СО₂ (г.) + 2Н₂О (р.); ΔН⁰ = -726,5 кДж

визначити ΔН⁰₂₉₈ утворення метанолу. (Відповідь: -238,6 кДж/моль)

6. При відновленні 12,7 г купрум (ІІ) оксиду вугіллям (з утворенням СО) поглинається 8,24 кДж. Визначити ΔН⁰₂₉₈ утворення СuО. (Відповідь: -162,1 кДж/моль)

7. При повному згорянні етилену (з утворенням рідкої води) виділилось 6226 кДж. Знайти об’єм кисню, що вступив в реакцію (умови нормальні). (Відповідь: 296,5 л)

8. Водяний газ являє собою суміш рівних об’ємів водню та карбон (ІІ) оксиду. Знайти кількість теплоти, що виділяється при спалюванні 112 л водяного газу, взятого за нормальних умов. (Відповідь: 1312 кДж)

9. Спалені з утворенням Н₂О (г.) рівні об’єми водню та ацетилену, що взяті за однакових умов. В якому випадку виділиться більше теплоти? В скільки разів?

(Відповідь: при спалюванні С₂Н₂ в 5,2 рази більше)

10. Визначити ΔН⁰₂₉₈ реакції 3С₂Н₂ (г.) = С₆Н₆ (р.), якщо ΔН⁰₂₉₈ реакції згоряння ацетилену з утворенням СО₂ (г.) та Н₂О (р.) дорівнює -1300 кДж/моль, а ΔН⁰₂₉₈ утворення бензену (р.) складає 82,9 кДж/моль. (Відповідь: -598,7 кДж)

11. Визначити ΔН⁰₂₉₈ утворення етилену, використовуючи наступні дані:

С₂Н₄ (г.) + 3О₂ (г.) = 2СО₂ (г.) + 2Н₂О (г.); ΔН⁰ = -1323 кДж

С (графіт) + О₂ (г.) = СО₂ (г.); ΔН⁰ = -393,5 кДж

Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = Н₂О (г.); ΔН⁰ = -241,8 кДж (Відповідь: 52,4 кДж/моль)

12. Вирахувати ΔН⁰₂₉₈ утворення МgCO₃ (к.) при 298 К, використовуючи наступні дані:

С (графіт) + О₂ (г.) = СО₂ (г.); ΔН⁰₂₉₈ = -393,5 кДж

2Мg (к.) + О₂ (г.) = МgО (к.); ΔН⁰₂₉₈ = -1203,6 кДж

МgО (к.) + СО₂ (г.) = МgCO₃ (к.); ΔН⁰₂₉₈ = -117,7 кДж (Відповідь: -1113 кДж/моль)

13. Виходячи з ΔН⁰₂₉₈ утворення Н₂О (г.) та наступних даних

FeO (к.) + СО (г.) = Fe (к.) + СО₂ (г.); ΔН⁰₂₉₈ = -18,2 кДж

2СО (г.) + О₂ (г.) = 2СО₂ (г.); ΔН⁰₂₉₈ = -566 кДж

вирахувати ΔН⁰₂₉₈ реакції FeO (к.) + Н₂ (г.) = Fe (к.) + Н₂О (г.)

(Відповідь: 23 кДж)

14. Вирахувати ΔН⁰₂₉₈ реакцій:

а) С₂Н₆ (г.) + ⁷/₂ О₂ (г.) = 2СО₂ (г.) + 3Н₂О (г.);

б) С₆Н₆ (р.) + ¹⁵/₂ О₂ (г.) = 6СО₂ (г.) + 3Н₂О (р.).

(Відповідь: а) -1423 кДж; б) -3301 кДж)

15. Вирахувати ΔН⁰₂₉₈ реакцій:

а) 2Li (к.) + 2Н₂О (р.) = 2Li⁺ (водн.) + 2ОН^- (водн.) + Н₂ (г.);

б) 2Na (к.) + 2Н₂О (р.) = 2Na⁺ (водн.) + 2ОН^- (водн.) + Н₂ (г.).

Стандартні ентальпії утворення Li⁺ (водн.), Na⁺ (водн.) та ОН^- (водн.) прийняти відповідно рівними -278,5, -239,7 та -228,9 кДж/моль.

(Відповідь: а) -443,2 кДж; б) -365,6 кДж)

16. Вирахувати значення ΔН⁰₂₉₈ для реакцій перетворення глюкози в живих організмах:

а) С₆Н₁₂О₆ (к.) = 2С₂Н₅ОН (р.) + 2СО₂ (г.);

б) С₆Н₁₂О₆ (к.) + 6О₂ (г.) = 6СО₂ (г.) + 6Н₂О (р.).

Яка з цих реакцій дає організмам більше енергії?

(Відповідь: а) -69,2 кДж; б) -2803 кДж)

17. Не проводячи розрахунків, встановити знак ΔS⁰ наступних процесів:

а) 2NH₃ (г.) = N₂ (г.) + 3Н₂ (г.);

б) СО₂ (к.) = СО₂ (г.);

в) 2NO (г.) + О₂ (г.) = 2NO₂ (г.);

г) 2Н₂S (г.) + 3О₂ (г.) = 2Н₂О (р.) + 2SO₂ (г.);

д) 2СН₃ОН (г.) + 3О₂ (г.) = 2СО₂ (г.) + 4Н₂О (г.)

18. Визначити знак зміни ентропії для реакції: 2А₂ (г.) + В₂ (г.) = 2А₂В (р.). Чи можливе протікання цієї реакції за стандартних умов? Відповідь обґрунтувати.

19. Визначити знаки ΔН⁰, ΔS⁰ та ΔG⁰ для реакції АВ (к.) + В₂ (г.) = АВ₃ (к.), яка відбувається при 298 К в прямому напрямку. Чи буде ΔG⁰ збільшуватись або зменшуватись з ростом температури? Відповідь обґрунтувати.

(Відповідь: ΔS<0, ΔG<0, ΔН<0; з ростом температури ΔG збільшується.)

20. Чому при низьких температурах критерієм, який визначає направлення самодовільного протікання реакції, може слугувати знак ΔН, а при достатньо високих температурах таким критерієм є знак ΔS?

21. Розрахувати значення ΔG⁰₂₉₈ наступних реакцій та встановити, в якому напрямку вони можуть протікати самодовільно в стандартних умовах при 25⁰С:

а) NiO (к.) + Pb (к.) = Ni (к.) + PbО (к.);

б) Pb (к.) + СuO (к.) = PbО (к.) + Сu (к.);

в) 8Al (к.) + 3Fe₃O₄ (к.) = 9Fe (к.) + 4Al₂O₃ (к.)

(Відповідь: а) 22,5 кДж; б) -59,2 кДж; в) -3285 кДж)

22. Користуючись довідниковими даними довести, що за стандартних умов при 25⁰С реакція: Сu (к.) + ZnO (к.) = СuO (к.) + Zn (к.) неможлива.

23. Встановити, протікання яких з наступних реакцій можливе за стандартних умов при 25⁰С:

а) N₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = N₂O (г.);

б) 4НСl (г.) + О₂ (г.) = 2Cl₂ (г.) + 2Н₂О (р.);

в) Fe₂O₃ (к.) + 3СО (г.) = 2Fe (к.) + 3СО₂ (г.).

(Відповідь: (б) та (в))

24. Вирахувати значення ΔG⁰₂₉₈ наступних реакцій відновлення ферум (ІІ) оксиду:

а) FeO (к.) + ¹/₂ С (графіт) = Fe (к.) + ¹/₂ СО₂ (г.);

б) FeO (к.) + С (графіт) = Fe (к.) + СО (г.);

в) FeO (к.) + СО (г.) = Fe (к.) + СО₂ (г.).

Протікання якої з цих реакцій найбільш ймовірне?

(Відповідь: а) 47,1 кДж; б) 107,2 кДж; в) -13 кДж)

25. Які з перелічених оксидів можуть бути відновлені алюмінієм при 298 К на основі відповідних розрахунків: СаО, FeO, СuO, PbО, Fe₂O₃, Сr₂O₃?

(Відповідь: всі, окрім СаО)

26. Які з перелічених оксидів можуть бути відновлені воднем до вільного металу на основі відповідних розрахунків при 298 К: СаО, ZnO, SnО₂, NiO, Al₂O₃?

(Відповідь: SnО₂, NiO)

27. Для наступних реакцій:

Н₂ (г.) + О (г.) = Н₂О (г.) (1)

Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = Н₂О (г.) (2)

2Н (г.) + О (г.) = Н₂О (г.) (3)

указати правильне співвідношення стандартних змін ентальпії: а) ΔН⁰₂< ΔН⁰₁< ΔН⁰₃; б) ΔН⁰₂> ΔН⁰₁> ΔН⁰₃. Відповідь обґрунтувати.

(Відповідь: (б))

28. Не роблячи розрахунків (обгрунтувати теоретично), вказати, для яких з перелічених процесів зміна ентропії позитивна:

а) MgO (к.) + Н₂ (г.) = Mg (к.) + Н₂О (р.);

б) С (графіт) + СО₂ (г.) = 2СО (г.);

в) СН₃СООН (водн.) = СН₃СОО^- (водн.) + Н⁺ (водн.);

г) 4НСl (г.) + О₂ (г.) = 2Cl₂ (г.) + 2Н₂О (г.);

д) NH₄NO₃ (к.) = N₂O (г.) + 2Н₂О (г.).

(Відповідь: (б), (в), (д))

29. Виходячи зі знака ΔG⁰₂₉₈ наступних реакцій:

PbO₂ (к.) + Pb (к.) = 2PbO (к.); ΔG⁰₂₉₈<0

SnO₂ (к.) + Sn (к.) = 2SnO (к.); ΔG⁰₂₉₈>0

зробити висновок про те, які ступені окиснення більш характерні для плюмбума та стануму: а) для плюмбума +2, для станума +2; б) для плюмбума +2, для станума +4; в) для плюмбума +4, для станума +2; г) для плюмбума +4, для станума +4. Надати грунтовну відповідь.

(Відповідь: (б))

30. Який знак ΔG процесу плавлення льоду при 263 К: а) ΔG>0; б) ΔG=0; в) ΔG<0?

31. Враховуючи, що NO₂ (г.) забарвлений, а N₂O₄ без кольору, та виходячи зі знаку зміни ентропії в реакції 2NO₂ (г.) = N₂O₄ (г.), передбачити, як зміниться забарвлення в системі NO₂ – N₂O₄ з збільшенням температури: а) підсилиться; б) зменшиться. Надати ґрунтовну відповідь.

32. У результаті згоряння 1 моль бензену виділяється 3301, 2 кДж теплоти. Складіть термохімічне рівняння реакції і обчисліть, яка кількість теплоти виділиться внаслідок згоряння 195 г бензену.

(Відповідь: 8253 кДж)

33. Обчисліть масу заліза, що перетвориться на залізну окалину, якщо при цьому виділилось 983,84 кДж теплоти, а в процесі утворення 1 моль окалини виділяється 1118 кДж теплоти.

(Відповідь: 147,84 г)

34. Дано рівняння реакції:

СН₄ (г.) + 2О₂ (г.) = СО₂ (г.) + 2Н₂О (р.); ΔН⁰ = -891 кДж

Обчисліть, який об’єм метану необхідно спалити дл одержання 40095 кДж теплоти.

(Відповідь: 1008 л)

35. Теплота утворення ферум (ІІІ) оксиду становить -831,3 кДж/моль. Скільки теплоти виділилось під час спалювання в чистому кисні залізних ошурок, якщо утворилось:

а) 192 г ферум (ІІІ) оксиду;

б) 12,6 моль ферум (ІІІ) оксиду?

(Відповідь: а) 997,6 кДж; б) 10474,4 кДж)

36. Термохімічне рівняння реакції йоду з воднем:

Н₂ (г.) + І₂ (г.) = 2НІ (г.); ΔН⁰ = 51,88 кДж

Обчисліть:

а) кількість теплоти, що поглинається під час взаємодії йоду масою 101,6 г з надлишком водню;

б) теплоту утворення гідроген йодиду.

(Відповідь: а) 20,752 кДж; б) 25,94 кДж)

37. У результаті спалювання магнію одержали 60,81 г магній оксиду. При цьому виділилось 915 кДж теплоти. Складіть термохімічне рівняння реакції утворення магній оксиду та обчисліть теплоту утворення цього оксиду.

(Відповідь: ΔН⁰ = -602 кДж)

38. Термохімічне рівняння реакції горіння ацетилену:

С₂Н₂ (г.) + ⁵/₂ О₂ (г.) = 2СО₂ (г.) + Н₂О (г.); ΔН⁰ = -1305 кДж

Обчисліть кількість теплоти, що виділиться в результаті спалювання:

а) 16 л (н.у.) ацетилену;

б) 4,5 моль ацетилену;

в) 2,4 кг ацетилену.

(Відповідь: а) 932,2 кДж; б) 5872,5 кДж; 120464,55 кДж)

39. Обчисліть об’єм гідроген сульфіду, який утворився в результаті взаємодії сірки та водню, якщо при цьому виділяється 280,8 кДж теплоти. Теплота утворення гідроген сульфіду становить 20,9 кДж/моль. (Відповідь: 301 л)

40. З простих речовин одержали кальцій оксид масою 201,6 г, при цьому виділилось 2286 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції окиснення кальцію.

(Відповідь: ΔН⁰ = -1270 кДж)

41. Термохімічне рівняння реакції горіння вугілля:

С (к.) + О₂ (г.) = СО₂ (г.); ΔН⁰ = -402 кДж

Обчисліть кількість теплоти, що виділиться в результаті спалювання 800 г вугілля, масова частка карбону в якому становить 98 %.

(Відповідь: 26264 кДж)

42. Термохімічне рівняння реакції горіння вугілля:

С (к.) + О₂ (г.) = СО₂ (г.); ΔН⁰ = -402 кДж

Обчисліть масу вугілля масова частка карбону в якому становить 98 %, унаслідок спалювання якого виділяється 2800 кДж теплоти. (Відповідь: 85,29 г)

43. Обчисліть тепловий ефект реакції горіння пропану, якщо теплоти утворення пропану, карбон (IV) оксиду та пари води становлять відповідно -103,8; -393,3 та -286,2 кДж/моль. (Відповідь: -2221 кДж/моль)

44. Обчисліть тепловий ефект реакції відновлення ферум (ІІІ) оксиду алюмінієм, якщо теплоти утворення ферум (ІІІ) оксиду та алюміній оксиду становлять відповідно -821,5 та -1675,7 кДж/моль. Обчисліть кількість теплоти, що виділиться під час відновлення 3,75 моль заліза.

(Відповідь: -854,2 кДж; 1601, 625 кДж)

45. У процесі взаємодії нітроген (І) оксиду кількістю речовини 3 моль з амоніаком утворюється азот і пара води. При цьому виділяється 877,76 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції й обчисліть теплоту утворення нітроген (І) оксиду. Теплоти утворення пароподібної води й амоніаку становлять відповідно -241, 83 та -46,19 кДж/моль.

(Відповідь: 81,55 кДж)

46. Обчисліть теплоту утворення фосфор (V) оксиду, якщо термохімічне рівняння горіння фосфіну має вигляд:

2РН₃ (г.) + 4О₂ (г.) = Р₂О₅ (г.) + 3Н₂О (р.); ΔН⁰ = -2400 кДж

Теплоти утворення РН₃ та води становлять відповідно 5,4 та -286,2 кДж/моль.

(Відповідь: -1530,6 кДж/моль)

47. Обчисліть питому теплоту згоряння етену, якщо термохімічне рівняння реакції його горіння має наступний вигляд:

С₂Н₄ (г.) +3О₂ (г.) = 2СО₂ (г.) + 2Н₂О (г.); ΔН⁰ = -1411,3 кДж

(Відповідь: 63004,5 кДж/м³)

48. Обчисліть питому теплоту згоряння етану за рівнянням:

2С₂Н₆ (г.) + 7О₂ (г.) = 4СО₂ (г.) + 6Н₂О (г.); ΔН⁰ = -3120 кДж.

Скільки теплоти виділиться, якщо спалили етан масою 528 г?

(Відповідь: 69643 кДж/м³, 27456 кДж)

49. Унаслідок спалювання зразка цинку масою 1,5 г виділилося 5,9 кДж теплоти. Визначте, чи містив зразок цинку негорючі домішки, якщо відомо, що в процесі спалювання 1 моль цинку виділяється 348 кДж теплоти.

(Відповідь: містив)

50. Обчисліть масу вугілля, яку потрібно спалити, для того, щоб отриманої теплоти вистачило для повного розкладання води масою 12,6 кг, якщо відомі термохімічні рівняння реакцій:

С (к.) + О₂ (г.) = СО₂ (г.); ΔН⁰ = -401 кДж

2Н₂О (р.) = 2Н₂ (г.) + О₂ (г.); ΔН⁰ = 572 кДж

(Відповідь: ≈6 кг)