Задачи для самостоятельного решения

7-1. Энтальпии образования оксида и диоксида азота соответственно равны +90,37 кДж и +33,85 кДж. Определите S и G для реакций получения NO и NO₂ из простых веществ. Можно ли получить эти оксиды при стандартных условиях? Какой из оксидов образуется при высокой температуре?

Ответ: +11,94 Дж/мольК; –60,315 Дж/мольК; +86,81 кДж; +51,82 кДж.

7-2. При какой температуре наступит равновесие системы:

4НСl(г) +O₂(г)  2Н₂О(г) + 2Сl₂(г); H = –114,42 кДж.

Что является более сильным окислителем: хлор или кислород в этой системе и при каких температурах?

Ответ: 891 К.

7-3. Восстановление Fе₃О₄ оксидом углерода идет по уравнению Fе₃О₄(к) + СО(г) = 3FеО(к) + СО₂(г). Вычислите G и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно S в этом процессе?

Ответ: +24,19 кДж; +31,34 Дж/мольК.

7-4. Реакция горения ацетилена протекает по уравнению

С₂Н₂(г) + 2,5O₂(г) = 2СO₂(г) + Н₂O(ж).

Вычислите G и S и объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

Ответ: –1235,15 кДж; –216,15 Дж/К.

7-5. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите S для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

Ответ: а) 118,78 Дж/мольК; б) –3,25 Дж/мольК.

7-6. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция, протекающая по уравнению Н₂(г) + СО₂(г) = СО(г) + Н₂О(ж); H = –2,85 кДж. Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите G этой реакции.

Ответ: +19,91 кДж.

7-7. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе 2NO(г) + О₂(г)  2NО₂(г)? Ответ мотивируйте, вычислив G прямой реакции.

Ответ: –69,70 кДж.

7-8. Исходя из значений стандартных энтальпий и стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите G реакции, протекающей по уравнению

NH₃(г) + НСl(г) = NН₄С1(к).

Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

Ответ: –92,08 кДж.

7-9. При какой температуре наступит равновесие системы

СО(г) + 2Н₂(г)  СН₃ОН(ж); H = –128,05 кДж?

Ответ: 385,5 К.

7-10. Эндотермическая реакция взаимодействия метана с диоксидом углерода протекает по уравнению

СН₄(г) + СО₂(г) = 2СО(г) + 2Н₂(г); H = +247,37 кДж.

При какой температуре начнется эта реакция?

Ответ: 961,9 К.

7-11. Определите G реакции, протекающей по уравнению

4NH₃(г) + 5O₂(г) = 4NO(г) + 6Н₂O(г).

Вычисления сделайте на основании стандартных энтальпий и энтропий соответствующих веществ. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: –959,81 кДж.

7-12. На основании стандартных энтальпии и энтропии соответствующих веществ вычислите G реакции, протекающей по уравнению

СO₂(г) + 4Н₂(г) = СН₄(г) + 2Н₂O(ж).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: –130,86 кДж.

7-13. Вычислите изменение энтропии в результате реакции образования аммиака из азота и водорода. При расчете можно исходить из S соответствующих газов, так как S с изменением температуры изменяется незначительно. Чем можно объяснить отрицательные значения S?

Ответ: –198,26 Дж/мольК.

7-14. Какие из карбонатов: ВеСО₃, СаСО₃ или ВаСО₃ можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО₂? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив G реакций.

Ответ: +31,24 кДж; –130,17 кДж; –216,02 кДж.

7-15. На основании стандартных энтальпии и энтропии соответствующих веществ вычислите G реакции, протекающей по уравнению

СО(г) + 3Н₂(г) = СН₄(г) + Н₂O(г).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: 142,16 кДж.

7-16. Образование сероводорода из простых веществ протекает по уравнению

Н₂(г) + S(ромб.) = H₂S(г); H = 20,15 кДж.

Исходя из значений S соответствующих веществ определите S и G для этой реакции.

Ответ: +43,15 Дж/мольК; –33,01 кДж.

7-17. На основании стандартных энтальпии и энтропии соответствующих веществ вычислите G реакции, протекающей по уравнению

С₂Н₄(г) + 3O₂(г) = 2СО₂(г) + 2Н₂О(ж).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: –1331,26 кДж.

7-18. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe₃O₄, протекающая по уравнению

Fe₃O₄(к) + СО(г) = 3FеО(к) + СО₂(к); H = +34,55 кДж.

Ответ: 1102,4 К.

7-19. Вычислите, при какой температуре начнётся диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению

РСl₅(г) = РСl₃(г) + Сl₂(г); H = +92,59 кДж.

Ответ: 509 К.

7-20. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:

2СН₄(г) = С₂Н₂(г) + 3Н₂(г);

N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г);

С(графит) + O₂(г) = СO₂(г).

Почему в этих реакциях S > 0; < 0;  0?

Ответ: 220,21 Дж/мольК; –198,26 Дж/мольК; 2,93 Дж/мольК.

7-21. Определите знак изменения энтропии для реакции:

2А₂(г) + В₂(г) = 2А₂В(ж).

Возможно ли протекание этой реакции при стандартных условиях? Ответ обосновать.

7-22. Возможна ли следующая реакция при стандартных условиях:

2Hg₂Cl₂(к) = 2HgCl₂(к) + 2Hg(ж)?

Ответ подтвердите расчётом G этой системы.

Ответ: 59,84 кДж.

7-23. Рассчитайте значения G (298 К) реакций (а, б, в) и установите, в каком направлении они могут протекать самопроизвольно в стандартных условиях:

a) NiO(к) + Рb(к) ↔ Ni(к) + РЬО(к);

б) Pb(к) + CuO(к) ↔ РЬО(к) + Cu(к);

в) 8А1(к) + 3Fe₃О₄(к) ↔ 9Fe(к) + 4Аl₂О₃(к).

Ответ: а) 22,5 кДж; б) –59,7 кДж; в) –3286,4 кДж.

7-24. Вычислите ΔG для реакции

СаСО₃(к) = СаО(к) + СО₂(г)

при 25, 500 и 1500 °С. Зависимостью ΔН и ΔS от температуры пренебречь. Постройте график зависимости ΔG от температуры и по графику найдите температуру, выше которой данная реакция при стандартных условиях может протекать самопроизвольно.

Ответ: 129,55 кДж; 53,3 кДж; –107,1 кДж.

7-25. Рассчитайте изменение энтропии при плавлении 3 молей уксусной кислоты СН₃СООН, если температура плавления СН₃СООН 16,6 °С, а теплота плавления равна 194 Дж/г.

Ответ: 120,5 Дж/К.

7-26. Вычислите изменение энтропии при испарении 250 г воды при 25 °С, если молярная теплота испарения воды при этой температуре равна 44,08 кДж/моль.

Ответ: 2053,4 Дж/К.

7-27. Теплота испарения бромбензола при 429,8 К равна 241,0 Дж/г. Определите ΔS при испарении 1,25 моль бромбензола.

Ответ: 110,0 Дж/К.

7-28. Изменение энтропии при плавлении 100 г меди равно 1,28 Дж/К. Рассчитайте удельную теплоту плавления меди, если температура плавления меди равна 1083 °С.

Ответ: 17358,7 Дж/кг.

7-29. Удельная теплота плавления льда 33480 Дж/кг. Определите изменение молярной энтропии при плавлении льда.

Ответ: 2,207 Дж/(моль·К)

7-30. Вычислите ΔН, ΔS и G_(Т) реакции, протекающей по уравнению

Fe₂O₃(к) + 3Н₂(к) = 2Fe(к) + 3Н₂О(г).

Возможна ли реакция восстановления Fe₂O₃ водородом при температурах 500 и 2000 К?

Ответ: 96,61 кДж; 138,73 Дж/К; 27,2 кДж; –180,85 кДж.