Примеры решения задач

Задача 1. Рассчитать энтальпию образования метилового спирта из элементов

С(тв) + 2Н₂(г) + ½О₂(г) = СН₃ОН(ж) + ∆Н_Х,

используя следующие данные:

∆Н_С(тв) = - 393,78 кДж/моль

∆Н_Н2(г) = -286,03 кДж/моль

∆Н_{СН3ОН(ж)} = -627,59 кДж/моль

∆Н_О2(г) = 0.

Решение. Согласно следствию из закона Гесса тепловой эффект реакции равен разности сумм теплот сгорания исходных веществ и продуктов реакции:

∆Н =∑∆Н_{сгор. исх.} -∑∆Н_{сгор. продуктов}

С учетом стехиометрических коэффициентов находим энтальпию образования спирта:

∆Н_Х = -393,78+ 2·(-286,03)-(-627,59) = -338,25 кДж/моль

Ответ: -338,25 кДж/моль

Задача 2. Вычислите сколько литров азота (н.у.), участвовало в реакции с водородом при образовании аммиака, если оказалось, что при этом выделилось 18,45 кДж теплоты.

Решение:

N₂ + 3Н₂ → 2NН₃

∆Н =∆Н⁰_N2 + ∆Н⁰_Н2 = - 46,19кДж/моль

½N₂ + 1,5Н₂ → NН₃ - 18,45

V_NН3= 0,5·22,4 = 11,2 л

1 1,2 л NН₃ — 46,19 кДж х = = 4,47 л

х л NН₃ — 18,45 кДж

Ответ: 4,47 л

Задача 3. Вычислить изменение свободной энергии реакции (∆G_р) получения разбавленной уксусной кислоты из этанола на основании табличных данных стандартных свободных энергий образования веществ в водных растворах (∆G_обр) (см. приложение).

Решение. ∆G_р = ∑G_{образ.пр} - ∑G_{образ.реаг}

Реакция описывается суммарным уравнением:

С₂Н₅ОН_(водн) + О₂ → СН₃СООН_(водн) + Н₂О_(ж)

Применяя формулу для расчета свободной энергии реакции и данные условия, получим ∆G_р = -95,38 + (-56,69) – (-43,39) – 0 = -108,7 ккал/моль

Ответ: -108,7 ккал/моль

Задача 4. Образование сероводорода из простых веществ протекает по уравнению:

Н₂(г)+S(р) → Н₂S(г)

∆Н = -20,15 кДж. Вычислить ∆S⁰₂₉₈ и ∆G⁰₂₉₈. Возможно ли образование сероводорода из простых веществ при стандартных условиях.

Решение: ∆S⁰_298(Н2) = 130,59 Дж/К·моль, ∆S⁰_298(S) = 31,88 Дж/К·моль, ∆S⁰_298(Н2S) = 205,64 Дж/К·моль

∆ S⁰_298(Н2S) = ∑S _прод. - ∑S _исход.

∆S⁰_298(Н2S) = 205,64 – 130,59 – 31,88 = 43,17 Дж/К·моль

∆G = ∆Н – Т∆S Т=298К

∆G⁰₂₉₈ = -20,15·10³ – 298·43,17= 33014,66 Дж

Ответ: 43,17 Дж/К·моль; 33014,66 Дж

Так как ∆G>0 образование сероводорода из простых веществ при стандартных условиях не возможно.

Задачи для самостоятельного решения

1. Тепловой эффект реакции сгорания моля жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен 3135,58 кДж. Напишите термохимическое уравнение и вычислите ∆Н⁰_{298(С6Н6)(ж)}. Ответ: +49,03 кДж.

2. При сгорании моля жидкого этилового спирта образуется углекислый газ СО₂(г) и вода H₂O(ж). Напишите термохимическое уравнение реакции, вычислите ее тепловой эффект, если известно, что мольная теплота парообразования этилового спирта 42,38 кДж. Ответ: 21366,87 кДж.

3. Исходя из теплот образования воды и водяного пара вычислите теплоту испарения воды. Ответ: 44,01 кДж.

4. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлороводорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится. если в реакции было израсходовано 10 л аммиак в пересчете на (н.у.). Ответ: 78,97 кДж.

5. Вычислите энтальпию гидратации хлорида кальция, если энтальпия растворения этой соли и кристаллогидрата СаCl₂·6Н₂О равна соответственно 75,2 кДж/моль и 19,1 кДж/моль.

6. Сколько тепла можно получить от сжигания 80 г метана? Теплота сгорания метана равна 212,76 ккал/моль (890,2 кДж/моль).

7. Вычислите теплоту гидролиза мальтозы при постоянном давлении:

C₁₂H₂₂O₁₁ + = 2C₆H₁₂O₆ ∆H⁰_x = ?

если известны теплоты сгорания мальтозы и глюкозы:

C₁₂H₂₂O₁₁ + 12О₂ = 12CO₂ +11H₂O ∆H⁰₁ = -1350,2 ккал

C₆H₁₂O₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6H₂O ∆H⁰₂ = -673,0 ккал

8. В лаборатории кислород получают разложением бертолетовой соли:

2КClО₃(к) =2КCl (к) + 3О₂(г)

Вычислите ΔΗ°_{f, 298} и ΔS°_{f, 298}. Установите относится ли эта реакция к обратимым.

9. Вычислить стандартную теплоту реакции дегидрирования этана

2С₂Н₆→ СН₄ + С₂Н₂ + Н₂

проводимой в газовой фазе. Теплоты сгорания этана, метана, ацетилена и водорода соответственно равны 1560; 890,2; 1299,0 и 285,9 кДж/моль.

Ответ: -1364,8 кДж/моль.

10. Вычислить теплоту образования бензола:

6С + 3Н₂→ С₆Н₆ + Q

если теплоты сгорания водорода, углерода и бензола соответственно равны 285,0; 394,0 и 3282,4 кДж/моль.

Ответ: -63,4 кДж/моль.

11. Вычислить стандартные изменения энтальпии в реакциях:

а) 4NН_{3 (г)}+ 5О_{2 (г)} = 4NО _(г) + 6H₂O _(г)

б) 4NН+ 3О_{2 (г)} = 2N_{2 (г)} + 6H₂O _(г)

в) СН_{4 (г)} + 2О_{2 (г)} = CO_{2 (г)} +2H₂O _(г)

г) Fe₂O_{3 (к)} + 3CO _(г) = 2Fe _(к) + 3CO_{2 (г)}

д) 2Mg _(к) + 3CO_{2 (г)} = 2MgO_(к) + C _{(графит)}

е) 2Cl_{2 (г)} + 2H₂O _(г) = 4HCl _(г) + О_{2 (г)}

ж) 3СН_{4 (г)} + CО_{2 (г)} + 2H₂O _(ж) = 4CO _(г) +8H_{2 (г)}

з) СаО_(к) + Fe₂O_{3 (к)} = Са(FeO₂) _{2 (к)}

и) 2H₂S _(г) + SO_{2 (г)} = 3S_{(ромбич)} +2H₂O _(ж)

к) С₂Н_{2 (г)} + 5О_{2 (г)} = 4CO_{2 (г)} + 2H₂O _(г)

л) СаСО_{3 (к)} = СаО_(к) + CO_{2 (г)}