3. Возможно ли восстановление при 298 к алюминия из его оксида водородом? При какой температуре эта реакция становится возможной? Ответ подтвердите расчётом.

Уравнение реакции:

Al₂O₃(т) + 3H₂(г) = 2Al(т) + 3H₂O(ж)

Найдем H⁰ по следствию из закона Гесса.

H⁰ = 3H⁰(H₂O, ж) – H⁰(Al₂O₃, т)

H⁰(H₂O, ж) = –285,83 кДж/моль

H⁰(Al₂O₃, т) = –1676 кДж/моль

H⁰ = 3 · (–285,83) – (–1676) = 818,51 кДж.

Найдем S⁰.

S⁰ = 2S⁰(Al, т) + 3S⁰(H₂O, ж) – S⁰(Al₂O₃, т) – 3S⁰(H₂, г)

S⁰(Al, т) = 28,35 Дж/мольК

S⁰(H₂O, ж) = 70,08 кДж/моль

S⁰(Al₂O₃, т) = 50,92 кДж/моль

S⁰(H₂, г) = 130,52 кДж/моль

S⁰ = 2 · 28,35 + 3 · 70,08 – 50,92 – 3 · 130,52 = –175,54 Дж/К.

В стандартных условиях G⁰ = H⁰ – TS⁰ =

= 818,51 – 298 · (–0,17554) = 870,82 кДж.

Значит, реакция невозможна.

В состоянии равновесия G⁰ = 0.

H⁰ = TS⁰

T = H⁰ / S⁰ = 818,51 / (–0,17554) = –4662,8 К.

Значение абсолютной температуры отрицательно. Значит, термодинамически реакция невозможна ни при какой температуре.

Экзаменационный билет №18

1. Теория электролиза. Прикладное значение процессов электролиза. Закон Фарадея

2. Какая степень окисления для свинца наиболее устойчива при 298 К в системе: PbO₂(к) + Pb(к) = 2PbO(к). Ответ мотивировать термодинамическим расчётом.

Уравнение реакции:

PbO₂(к) + Pb(к) = 2PbO(к)

Вычислим изменение энергии Гиббса.

G⁰ = 2G⁰(PbO) – G⁰(PbO₂) = 2  (–189,1) – (–218,3) = –159,9 кДж.

G⁰ реакции отрицательна, реакция идет в прямом направлении. Значит, степень окисления свинца +2 термодинамически более устойчива.

3. При сгорании 4,3 г углеводорода образовалось 13,2 г co2. Плотность пара углеводорода по водороду равна 43. Выведите молекулярную формулу вещества.

При сгорании углеводорода водород переходит полностью в воду, углерод — в CO2.

Обозначим органическое вещество – CxHy.

Запишем уравнение реакции.

CxHy + (x + y/4)O2 = xCO2 + y/2H2O

Молярная масса CxHy = 12x + y, г/моль

Молярная масса CO2 = 44x, г/моль.

Молярная масса H2O = 9y, г/моль.

Составляем уравнение:

4,3  44x = 13,2  (12x + y);

189,2x = 158,4x + 13,2y

30,8x = 13,2y

y = 2,333x

Попробуем найти целочисленные коэффициенты.

2y = 4,667x

3y = 7x

Простейшая формула вещества C3H7.

M(C3H7) = 43 г/моль.

Найдем молярную массу углеводорода.

M = D(H2)  M(H2) = 43  2 = 86 г/моль, т. е. в 2 раза больше простейшей формулы.

Таким образом, формула вещества C6H14.

Экзаменационный билет №19

1. Электрохимическая коррозия металлов. Метод защиты.

2. Определите изменение внутренней энергии при испарении 32 г метанола при температуре кипения 65,70с, если удельная теплота испарения равна 1,104 кДж/г

При испарении происходит увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул испарившейся части жидкости, т. е. изменение внутренней энергии.

U = Q = r_исп  m,

где U — изменение внутренней энергии при испарении,

Q — теплота испарения,

r_исп — удельная теплота испарения,

m — масса вещества.

U = 1,104 · 32 = 35,33 кДж.

3. На каком основании хром и сера расположены в одной периодической системы? Почему они размещены в разных подгруппах? Сколько вакантных 3d–орбиталей содержат возбужденные атомы этих элементов?

Хром и сера содержат по 6 валентных электронов, поэтому расположены в 6 группе.

S: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁴

Cr: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d⁵ 4s¹

В то же время у серы заполняется p-подуровень внешнего слоя, а у хрома — d-подуровень предвнешнего слоя. Поэтому они расположены в разных подгруппах.

S*: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p³3d¹

Возбужденный атом серы имеет 4 вакантные d-орбитали.

Cr*: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d⁵ 4s¹

Возбужденный атом хрома не имеет вакантных d-орбиталей.