Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
методичка 21.11. -2013 текст.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
7.39 Mб
Скачать

3.12. Примеры решения типовых задач

Пример 1. При сгорании 1 кг метана выделилось 50137,5 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную энтальпию образования метана НоСН4.

Решение.

1. Пересчитаем количество участвующего в реакции метана, выраженное в граммах, в моли (учитывая, что молярная масса СН4 равна 16 г/моль):

Количество СН4 в молях n равно:

n СН4= =62,5 моль.

2. Рассчитаем количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 моля метана:

3. Запишем термохимическое уравнение реакции горения метана:

CH4(г) + 2О2(г) = CО2(г) + 2Н2О(г) , Qр=802,2 кДж,

Qр=−∆Нор=(∆НоСО2(г) +2∆НоН2О(г) )−( ∆НоСН4(г) +2∆НоО2(г))=

=[(−393,5)+2(−241,8)−( ∆НоСН4(г))−2(0)]=−802,2 кДж.

Отсюда: ∆НоСН4=(802,2−393,5−483,6)=−74,9 кДж/моль СН4.

Пример 2. Рассчитайте количество теплоты, которое выделится при полном сгорании 100 л этана, взятого в газообразном состоянии при н.у., если в результате реакции образуется СО2(г) и Н2О(г).

Решение.

1. Реакция горения этана выражается термохимичес­ким уравнением

С2Н6(г) + З,5O2(г) = 2CO2(г) + 3Н2О(г); Нр=−1559,87 кДж.

2. Переведем количество участвующего в реакции этана, выраженное в литрах (н.у.), в моли (учитывая, что 1 моль газа при н.у. занимает объем, равный 22,4 л):

Количество этана в молях n равно:

n С2 Н6(г)= =4,46 моль.

3. Находим значения стандартных энтальпий образования (∆Но298) для всех веществ, участвующих в реакции (Прил. табл. 2) и рассчитываем тепловой эффект в расчете на один моль С2Н6(г):

Нореакции=(2∆НоСO2(г) +3∆НоН2O (г))−(∆НоС2 Н6(г) +3,5∆НоO2(г))=

= [2(−393,5)+3(−241,8)]−[−84,7+3,50]=−1427,7 кДж/моль С2Н6(г).

Qр=−∆Нор=1427,7 кДж.

4. Пересчитаем полученный тепловой эффект на реальное количество этана, т.е. на 4,46 моля (100 л, н.у.):

Qр=−∆Нореальн.=1427,74,46=5767,42 кДж.

Пример 3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии в следующих реакциях. Рассчитайте изменение энтропии для стандартных условий и сравните с результатом оценки.

  1. 2NН3(г) = N2(г) + 3H2(г),

  2. NH4NO3(тв) = N2O(г) + 2Н2О(г),

  3. 2(г) + O2(г) = 2Н2O(г),

  4. 2(г) + O2(г) = 2Н2O(ж).

Решение. Изменение энтропии реакции можно оценить качественно в случае реакции с участием газов. При переходе вещества в газообразное состояние происходит сильное увеличение энтропии, превышающее другие факторы, влияющие на энтропию. Поэтому по количеству вещества газов в правой и левой частях уравнения реакции можно определить, возрастает энтропия или уменьшается.

В первой реакции из 2-х молей вещества, находящегося в газообразном состоянии образуется 4 моля веществ, находящихся в газообразном состоянии, следовательно, DS10.

Изменение энтропии этой реакции в стандартных условиях (Sо298) равно:

Sо298=SоN2(г)+3SоН2(г)−2SоNН3(г)=191,5+ 3130,5−2192,7=197,6 Дж/К.

Во второй реакции 1 моль вещества в твердом состоянии образует 3 моля газообразных веществ, следовательно, S20. Изменение энтропии этой реакции в стандартных условиях (Sо298) равно:

Sо298=SоN)+2SоН2О(г)SоNН4NO3(тв) =219,8+2188,7−151=446,2 Дж/К.

В (3) и (4) реакциях уменьшается как общее число молей, так и число молей газообразных веществ, так что S30 и S40, при этом S4 имеет более отрицательное значение, т.е. больше по абсолютной величине чем S3, так как SН2О) SН2О(ж).

Пример 4. Установите возможность восстановления диоксида титана до свободного металла по следующей реакции при стандартных условиях и при 2500 К (зависимостью Hор и Sор от температуры пренебречь):

TiO2(тв) + 2С(тв) = Ti(тв) + 2СО(г).

Решение. Из второго закона термодинамики следует, что самопроизвольно протекают только такие реакции, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса (Gр0).

1. Рассчитаем ∆Gор для стандартных условий с учетом табличных данных (см. прил. табл. 2):

Gорекции =(2∆GоСО(г)+∆GоTi(тв))−(∆GоTiO2(тв) +2GоС(тв)) =

= [2(−137,1)+0]−[(−888,6)−20] =614,4 кДж.

Поскольку ∆Gор 0, реакция при 298 К невозможна.

2. Рассчитаем изменение энергии Гиббса этой реакции для 2500 К, для чего воспользуемся уравнением:

Gт=∆HоpTSоp.

Находим изменения Hоp и Sоp при стандартных условиях:

Hоpеакции=(2HоСО(г) +Hо Ti(тв))−(Hо TiO2(тв)+2Hо С(тв)) =

= [2(−110,5)+0]−[(−943,9)−20 ]=722,9 кДж=722900 Дж.

Sоpеакции=(2SоСО(г)+ SоTi(тв))−(SоTiO2(тв)+SоС(тв))=

= [2197,5+30,6]−[50,3-25,7 ]=363,9 Дж/К.

∆Gт=HорTSор=722900−2500363,9=−186850 Дж.

G2500=−186,85 кДж.

Поскольку G2500 0, то реакция при 2500 К возможна.

Пример 5. Вычислите температуру, при которой в стандартном состоянии установится равновесии реакции:

2 NO2(г) N2O4(г),

если известны: ∆Нореакции=−55,3 кДж; Sореакции=−175,8 Дж/К.

Решение. Используя для расчета стандартные значения функций состояния, имеем в виду стандартное состояние системы. Если одновременно это равновесное состояние, то Gореакции=0. Применяем уравнение:

Gор=HорTSор=0.

Преобразуем его и подставляем числовые значения:

=314,56 К (41,4оС).

Система находится в равновесном стандартном состоянии при температуре 41,4 оС.