Задача 6
Константа Kp равновесия при температуре T связана со стандартной энергией Гиббса реакции соотношением:
Kp
=
.
Следовательно, для расчёта константы равновесия необходимо найти энергию Гиббса реакции:
- T∙
,
=
+ 3
-
-
-3
.
Так как стандартные энтальпии образования
простых веществ равны нулю, а энтальпия
образования оксида железа(III),
очевидно, равна
,
то
= 3 - = 3 -
Стандартная энтальпия образования
газообразной воды связана с энтальпией
образования жидкой воды (т.е.
)
и энтальпией испарения воды соотношением:
=
+
H0исп
(H2O)
= -285.84 + 44.0 = -241.84 кДж/моль. (5 баллов)
Таким образом,
= 3 - = 3(-241.84) + 821.32 = 95.8 кДж/моль. (5 баллов)
Теперь найдём стандартную энтропию реакции :
=
+ 3
-
- 3
.
Энтропия газообразной воды связана с энтропией жидкой воды (т.е. ) и энтальпией испарения воды соотношением:
=
+
H0исп
(H2O)
/ Tкип, (5 баллов)
где Tкип – температура кипения воды.
Таким образом,
=
+ 3(
H0исп
(H2O)
/ Tкип) -
- 3
= 27.15 +
+3(69.96 + 44000/373.15) – 89.96 – 391.8 = 109.15
Дж/моль∙K. (5 баллов)
Теперь рассчитываем энергию Гиббса реакции при 473К (200 oС):
- 473∙
= 95800 - 473∙109.15 = 44156 Дж/моль = 44.16 кДж/моль.
(5 Баллов)
Так как
>0,
равновесие смещено в сторону исходных
веществ, т.е. влево. (1 балл)
Константа равновесия равна
Kp
=
=
= 1.4∙10-5. (3
балла)
Для расчёта равновесных концентраций необходимо определить значение концентрационной константы рвновесия:
KС
= Kp∙
= Kp = 1.4∙10-5, (2 балла)
где
- суммы стехиометрических коэффициентов
газообразных продуктов и реагентов
реакции.
Для расчёта рвновесных концентраций соствим таблицу:
H2 H2O
Co 5 0
[ ] Co – ΔC ΔC
Константа равновесия равна:
Кс = [H2O]3/[H2]3 = {ΔC/(C0 – ΔC)}3.
Зная Кс, находим ΔС:
ΔС =
∙Со
/ (1-
)
= 0.024∙5/(1-0.024) = 0.12 моль/л.
Таким образом,
[H2O] = ΔС = 0.12 моль/л. (3 балла)
[H2] = Co(H2) - ΔС = 5 - 0.12 = 4.88 моль/л. (2 балла)
Восстановление оксида железа водородом
будет протекакть, когда
т.е.,
когда
T > / = 95800/109.15 = 878 K (605 oC). (4 балла)
Задача 7
Очевидно, что вещество Г помимо азота может содержать только водород, так как процентное содержание азота в этом соединении очень велико. Таким образом, формулу этого соединения можно записать как NxHy. Найдём соотношение x и y.
Массовая доля азота в соединении равна
ω(N) = x∙Ar(N) / Mr(NxHy) = 14x / (14x + y) = 0.9767.
Отсюда
0.3262x = 0.9767y и x:y = 3:1. 5 баллов
Таким образом, соединение Г – это азидоводород HN3. (2 балла)
Азидоводород образуется при взимодействии нитрита натрия с гидразином в кислой среде (т.е. с солянокислым гидразином):
N2H4 + HCl = N2H5Cl 5 баллов
N2H5Cl + NaNO2 = NaCl + HN3 + 2H2O 5 баллов
Таким образом, соединение В– это хлорид гидразиния (2 балла), вещество Б – гидразин N2H4 (или гидрат гидразина) (2 балла).
Следовательно, вещество А – это аммиак (2 балла), синтез гидразина из которого описывается уравнением реакции
2NH3 + NaClO = NaCl + N2H4 + H2O (или N2H4∙H2O). 5 баллов
Очевидно, что взрывчатое вещество Д – азид свинца (2 балла):
Pb(NO3)2 + 2HN3 = Pb(N3)2 + 2HNO3 5 баллов
Найдём массу азида свинца:
n(NH3) = V(NH3)/Vm = 0.672 л / 22.4 л/моль = 0.03 моль.
n(NaClO) = C∙V = 0.01 моль/л ∙ 0.1 л = 0.001 моль.
0.03/2 = 0.015 < 0.1/1 = 0.1,
следовательно, в недостатке гипохлорит натрия, по нему и будем вести рассчёт.
Если просуммировать все урвнения реакций, окажется, что для получения 1 моль азида свинца требуется 2 моль гипохлорита натрия, таким образом
m = n∙M(Pb(N3)2) = 1/2n(NaClO)∙α∙M(Pb(N3)2) = 0.001 моль ∙ 0.5 ∙ 0.95∙291 г/моль = 0.138 г. (5 баллов)