Розв’язання типових задач і вправ

Приклад 1. Розрахуйте тепловий ефект реакції при стандартних умовах СаСО₃(к) = СаО(к) + СО₂(г) і визначте тип реакції за тепловим ефектом.

Розв’язання

Для розрахунку стандартного теплового ефекту реакції за наслідком із закону Гесса (2.8) використовуємо значення стандартних ентальпій утворення речовин, наведених у додатку 4.

= (СО₂(г)) + (СаО(к)) – (СаСО₃(к)).

= –393,5 + (–635,5) –(–1207) = 178 кДж.

Відповідь: реакція ендотермічна, тепловий ефект дорівнює 178 кДж.

Приклад 2. Визначте при температурі 298 K і тиску 1,013 · 10⁵ Па тепловий ефект реакції Al₂O₃(корунд) + 3SO₃(г) = Al₂(SO₄)₃(к), якщо при даній температурі відомі теплові ефекти наступних реакцій:

2Al(к) + ³/₂O₂(г) = Al₂O₃(корунд) =–1675,69 кДж/моль;

S(к) + ³/₂O₂(г) = SO₃(г) =–395,85 кДж/моль;

2Al(к) + 3S(т) +6O₂(г) = Al₂(SO₄)₃(к) =–3441,80 кДж/моль.

Розв’язання

Для визначення величини скористаємося наслідком із закону Гесса. Виконуємо алгебраїчні дії з даними термохімічними рівняннями і одержуємо:

= –3441,80 + 1675,69 + 3 ·395,85 = –578,56 кДж/моль.

Відповідь: реакція екзотермічна, тепловий ефект дорівнює –578,56 кДж.

Приклад 3. Обчисліть тепловий ефект реакції 2CH₄(г) → C₂H₂(г) + 3H₂(г) за стандартних умов за теплотами згоряння:  = –802,32 кДж/моль,

 = –1299,63 кДж/моль,  = –285,83 кДж/моль.

Розв’язання

Відповідно до наслідку із закону Гесса (2.9) тепловий ефект цієї реакції дорівнює: = 2 – [ + 3 ]

= 2·(– 802,32) – [– 1299,63 + 3·(–285,83)] = 552,48 кДж.

Відповідь: тепловий ефект реакції дорівнює 552,48 кДж, тобто реакція ендотермічна.

Приклад 4. Визначте знак зміни ентропії реакції за рівнянням N₂(г) + 3Н₂ (г) ⇄ 2NH₃(г).

Розв’язання

У багатьох випадках характер зміни ентропії при хімічних реакціях можна передбачити, не вдаючись до обчислень.

Якщо реакція, у якій реагентами та продуктами є гази, супроводжується зменшенням об’єму, то ентропія при цьому також зменшується; при збільшенні об’єму ентропія зростає. У даному випадку реагує 4 моль газів, а утворюється 2 моль газу. Реакція протікає зі зменшенням об’єму, тобто зменшується рівень безпорядку в системі, .

Приклад 5. Розрахуйте зміну енергії Гіббса за стандартних умов для реакції Cu(к) + ZnO(к) = CuO(к) + Zn(к), використавши дані, вміщені в додатку 4. Зробіть висновок про можливість перебігу реакції.

Розв’язання

Використовуючи значення стандартних енергій Гіббса утворення речовин, наведених у додатку 4, розрахуємо зміну енергію Гіббса реакції, враховуючи, що простих речовин дорівнює нулю:

= (CuO(к)) – (ZnO(к));

= –129,9 – (–320,7) = 190,8 кДж.

Відповідь: реакція відновлення цинк оксиду міддю неможлива.

Приклад 6. Обчисліть температуру, за якої можливо відновлення ферум (ІІІ) оксиду вуглецем до вільного металу за рівнянням 2Fe₂O₃(т) + 3C(т) = 4Fe(т) + 3CO₂(г), якщо і .

Розв’язання

Вираз для енергії Гіббса використовують для визначення температури, вище чи нижче якої реакцію можна здійснити. При = 0 система знаходиться у стані рівноваги, тобто ні пряма, ні зворотна реакції не домінують. Знаходимо температуру, що відповідає стану рівноваги: .

При > 822,4 К < 0. Отже, відновлення ферум (ІІІ) оксиду коксом почнеться при температурі вищій за 822,4 К.

Відповідь: відновлення ферум (ІІІ) оксиду вуглецем почнеться при температурі вищій за 822,4 К.