1.2. Второй закон термодинамики

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

1611.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.01.2021

Размер:

1.39 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 102 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

1.2. Второй закон термодинамики
	Практическое занятие № 2
1. Расчеты изменения энтропии при нагревании
С	и фазовых переходах

Изменен е энтроп и ∆S при фазовых переходах (T = const)
определяется по формуле
и			H
		S n		,
			T
где ∆H – теплота фазового перехода (кипение, испарение, возгонка,
плавлен е); n – ч сло молей вещества, переходящего из одной фазы в
бА
другую, n = g/M, здесь g – масса вещества; M – его молярная масса.
Изменен е энтроп ∆S при нагревании:
а) Пусть p = const, тогда			dS CpdT .
	Q CpdT;
Если Cр = const, тогда				T
		∆S = Cр· ln(Т2/Т1),
где Т1 и Т2 – температуры начала и окончания нагревания вещества.
Пусть Cр выражается в Дж/моль·К, тогда
	∆S = n Cр· ln(Т2/Т1).
Пусть Cp выражается в Дж/г ·К, тогда
	∆S = g Cр· ln(Т2/Т1).
				И
Если Cp зависит от температуры, т.е. Cр = f (T), тогда
	T2	Д2 2 dT
	dS (a bT
			cT с Т ) .

б) Пусть V = const, тогда

∆S = Cv· ln(Т2/Т1).

Для расчёта абсолютного значения энтропии S вещество нагревается от абсолютного нуля до данной температуры (p = const).

Для твёрдого тела при температуре T

	T	dT
S т	C p (т )		.

	273	T

Для жидкости при температуре T

Tпл

Sж Cp (т)

пл

Cp (ж)

273

пл

Для газа при температуре T

пл

Tпл

Tкип

Sг Cp(тв)

пл

Cp(ж)

исп

Cp(г)

273

пл

кип

пл

кип

Задача 1-4

Найти

зменен е

энтропии g

(кг)

вещества

при нагревании

температур

от

Т1

до Т2, если известны

(охлажден )

в нтервале

температуры

плавлен я

кипения,

средние

теплоемкости, теплоты

плавлен я

спарен я (та л. 1.5).

П р и м е р

табл

Таблица 1.5

Дано вещество g – вода Н2О в количестве 2,7 кг, которая нагревается от 253 до 379 К. Термод намические характеристики процесса нагревания

воды находим в та л. 1.5 и заносим в

. 1.6.

Термодинамические характеристики нагревания воды

Плавление

Дж

Испарение

Удельная теплоемкость, Дж/кг·К

Вещество

Т , К

-3

(ж)·10

-3

(г)·10

-3

пл

∆Нпл·10 ,

исп.

∆Нкип·10

Дж/моль

(Ткип),

/моль

Н2О (т)

273,2

6,138

373,2

45,069

0,570

4,187

1,919

Решение

Представим процесс нагревания вещества от Т1 и Т2 по стадиям:

отТ1доТпл

1-я стадия. Твердое вещество (при Т1) И

Tпл С

(т) dT

нагревание

273,2

S1 g

g Ср 2,303 lg

пл

2,7 0,570 103 2,303 lg

118,39Дж К-1.

253

Т1

С											Таблица 1.6
			Исходные данные для расчета изменения энтропии вещества
Вариант	Вещество	g, кг	Т1	Т2	Плавление			Испарение		Удельная теплоемкость,
	(т)										Дж/(кг·К)
					Тпл		Нпл·10-3,	Ткип	Нкип·10-3,	Срт 10 3	Срж 10 3	Сгр 10 3
						Дж/моль			Дж/моль
1	Вr	20	240	350	265,9		10,551	332,2	20,733	0,674	0,461	0,225
2	Н2О	27	б				6,138	373,2	45,069	0,570	4,187	1,919
2	Н2О	27	260	400	273,2		6,138	373,2	45,069	0,570	4,187	1,919
3	Нg	50	220	650	234,3		2,332	620,2	63,642	0,137	0,139	0,104
		и
4	CCl4	15 250,3 370			250,3		2,512	349,9	30,021	-	0,846	0,543
5	НСООН	20	260	400	281,5		12,687	373,7	23,112	1,620	2,135	1,058
6	СН3ОН	25	175,3	400	175,3		3,170	337,9	35,296	-	2,512	1,371
7	СН3СООН	30	260	430	289,8		11,724	391,4	24,410	2,039	2,057	1,197
8	СНСl3	20	209,7	350	209,7		9,211	334,4	29,323	-	0,963	0,545
9	(СН3)2СО	25	160	350	178,6		5,719	329,2	31,886	2,261	2,177	1,129
10	(С2Н5)2О	20	140	350	156,9		7,537	307,2	26,713	1,256	2,215	1,934
11	Н-С5Н12	40	143,5	330	143,5		8,421	309,3	25,813	-	2,261	1,667
12	С6Н6	25	260	400	278,7	Д			30,774	1,468	1,842	1,046
12	С6Н6	25	260	400	278,7		9,836	353,3	30,774	1,468	1,842	1,046
				А
13	Н-С6Н14	30	177,8	350 177,8 13,038 341,9					28,890	-	2,248	1,162
14	С6Н5СН3	50	160	400	178,2		6,624	383,8	33,538	0,921	1,884	1,281
15	С6Н12	40	260	400	279,7		2,679	354,2	30,733	1,507	1,842	1,233
16	С10Н8	50	300	550	353,5		19,302	491,2	43,541	1,612	2,094	1,023
17	С6Н5С2Н5	25	286,5	450	286,5		И				1,964	1,891
17	С6Н5С2Н5	25	286,5	450	286,5		17,125	411,4	36,691	-	1,964	1,891
18	С8Н10	30	277,9	450	277,9		11,282	419,2	36,720	-	1,717	1,226

2-я стадия. Твердое вещество (при Т )

пл

плавление

Нпл

2,7

6,138

3370Дж К 1.

Тпл

18 10 3

273,2

от Тпл до Ткип

3-я стадия. Жидкость (при Тпл)

Tкип Сp (ж) dT

нагревание

Ср 2,303 lg

кип

пл.

Тпл

= 2,7·4,187·103·2,303·lg(373,2/273,2) = 3526,8 Дж·К-1.

при

испарение

4-я стад

я. Ж дкость (при Ткип)

кипение

сп

2,7

45,069 10

18114,5 Дж·К-1.

бА

Т сп

18 10

273,2

5-я стад

я. Пар (

Ткип)

от Ткип доТ2

Пар (при Т2)

Ср (г) dT

нагревание

g Ср (г) 2,303 lg

Ткип

кип

= 2,7·1,919·103·2,303·lg(379/373,2) = 79,0

ж·К-1.

Находим изменение энтропии при нагревании вещества от Т

1 до Т2.

S S1

S2 S3 S4 S5 25209,59

ж·К-1 = 25,2 кДж·К-1.

2. Расчеты изменения изобарного потенциала химических реакций

по значениям стандартных энтальпий и энтропий

Изменение изобарного потенциала химической реакции можно подсчитать с использованием таблиц стандартных термодинамических величин по уравнениям:

∆G0 = ∆H0 – T∆S0,
где
∆H0 = ∆H0 (продуктов) – ∆H0 (исходных веществ);
∆S0= ∆S0 (продуктов) – ∆S0 (исходных веществ).	(6)

Задача 1-5

Вычислить стандартные изменения изобарного потенциала химической реакции при 25 оС по стандартным значениям энтальпий

образования и абсолютных энтропий, воспользовавшись таблицами
стандартных величин (табл. 1.7). Все реакции проводятся между чистыми
С
твердыми, жидкими и газообразными веществами (не в растворе).
				Таблица 1.7
		Уравнен я х м	ческих реакций для расчетов изобарного потенциала
	варианта
	Номер			Уравнение реакции
	1		ZnO (т) + CO (г) =Zn (т) + CO2 (г)
	2		ZnS (т) + H2 (г) = Zn (т) + H2S (г)
	3	бА
	3		CO (г) + H2O (ж) = CO2 (г) + H2 (г)
	4		CO (г) + 2H2 (г) = CH3OH (ж)
	5		NH3 (г) + HCl (г) = NH4Cl (т)
	6		CO2 (г) + 4H2 (г) = CH4 (г) + 2H2O (ж)
	7		SO2 (г) + Cl2 (г) = SO2Cl2 (г)
	8		CO (г) + Cl2 (г) = COCl2 (г)
	9		CH3COOH (г) + 2H2 (г) = 2CH3OH (г)
	10		H2 (г) + HCOH (г) = CH3OH (г)
	11		Ca(OH)2 (т) = CaO (т) + H2O (ж)
	12		PCl5 (г) = PCl3 (г) + Cl2 (г)
	13			Д
	13		H2S (г) + COS (г) = H2O (г) + CS2 (г)
	14		H2S (г) + CO2 (г) = H2O (г) + COS (г)
	15		C2H5OH (ж) = C2H4 (г) + H2O (ж)
	16		CH4 (г) + 2H2S (г) = CS2 (ж) + 4H2 (г)
	17		2AgNO3 (т) = 2Ag (т) + 2NO2 (г) + O2 (г)
	18			И
	18		4CO (г) + 2SO2 (г) = S2 (г) + 4CO2 (г)
	19		2NaHCO3 (т) = Na2CO3 (т) + H2O (г) + CO2 (г)
	20		MgCO3 (т) = MgO (т) + CO2 (г)

П р и м е р

Уравнение реакции

Cd (т) + 2AgCl (т) = 2Ag (т) + CdCl2 (т).

Решение

Изменение изобарного потенциала рассчитывается по уравнениям

(6). Стандартные значения изменения энтальпии и энтропии находим в табл. П.1.3.

S0 (Cd) = 51,76 Дж/моль·К; S0 (AgCl) = 96,07 Дж/моль·К; S0 (Ag) = 42,69 Дж/моль·К; S0 (CdCl2) = 115,3 Дж/моль·К; ∆H0 (Cd) = 0; ∆H0 (AgCl) = – 126,8 кДж/моль;

∆H0 (Ag) = 0; ∆H0 (CdCl2) = – 389,0 кДж/моль;

∆H0 = 2·∆H0 (Ag) + ∆H0 (CdCl2) – ∆H0 (Cd) – 2·∆H0 (AgCl) = = 2·0 – 389,0 – 0 + 2·126,8 = –135,4 кДж/моль.;.

∆S0 = 2·S0 (Ag) + S0 (CdCl2) – S0 (Cd) – 2·S0 (AgCl) =

= 2·42,69 + 115,3 – 51,76 – 2·96,07 = –43,22 Дж/моль·К;
С0 0	0	= –135,4 + 298·10	-3	·43,22 = –122,52 кДж/моль.
∆G = ∆H – T∆S
		Ла ораторная работа № 2
и
Определен е термодинамических характеристик
		процесса гидролиза соли
Цели работы: определить зависимость степени гидролиза соли α от
степени разбавления раствора (величины обратной концентрации) при
различных температурах, определить термодинамические характеристики
процесса гидролиза соли: энергии Гиббса G, энтальпии Н и энтропии
S.		А
Степень гидролиза растворов солей определяется по формуле
		= СГ/С,
где СГ – концентрация гидролизованных молекул соли; С – концентрация
негидролизованных молекул соли.
		Д
Для разбавленных растворов солей степень гидролиза ( « 1)

невелика; константа гидролиза КГ приближенноИравна КГ = 2·С. Здесь концентрацию негидролизованной соли С принимают равной исходной концентрации.

Для соли, гидролизованной по катиону, например по реакции

NH4NO3 + H2O = NH4OH + HNO3 или

NH4+ + H+OH- = NH4OH + H+,

концентрация гидролизованных молекул СГ равна концентрации ионов водорода [H+], т.е. СГ = [H+], соответственно

= [H+]/С и КГ = [H+]2 /С.

Для соли, гидролизованной по аниону, например по реакции

СH3COONa + H2O = СH3COOH + NaOH или СH3COO- + H2O = СH3COOH + OH-,

концентрация гидролизованных молекул СГ = КН2О / [H+], тогда

= КН2О / [H+]·С; КГ = К2Н2О / [H+]2·С,

где КН2О – ионное произведение воды.

Термодинамические характеристики воды определяются по
С
формулам:	G = –R·T·lnKГ = –19,15·T·lgKГ;
	H = 2,3·R·1g(KГ2/ KГ1)·[Т1· Т2 /(Т1 – Т2)];
	S	Н G	.

		Т
При выполнен лабораторной работы исследуются растворы одной

из трех солей NH4Cl, NH4NO3, CH3COONa пяти концентраций (0,4; 0,2;
0,1; 0,05; 0,025 М) при комнатной температуре (при 50 и 70 ºС).
	бА
Порядок выполнен я ла ораторной работы:
1.	Измер ть водородный показатель рН дистиллированной воды на
прибореПри« ономер И-130». 50 °С рН воды должен быть не менее 6.
2.	Пр готов ть 0,4 М раствор соли. Для этого навеску сухой соли
поместить в мерную кол у на 100 см3. Сначала растворить соль в
небольшом количестве воды, затем тщательно перемешать раствор и
осторожно довести водой до метки.
3. Приготовить 0,2 М раствор соли. ля этого пипеткой емкостью на
50 см3 отобрать раствор из первой колбы, перенести его в мерную колбу
	Д
на 100 см3 и довести водой раствор до метки.
4.	Аналогично путем последовательного разбавления приготовить
растворы соли 0,1; 0,05 и 0,025 М концентрации. Растворы, оставшиеся в
колбах, использовать для промывания электродов (расход около 15 см3)
перед измерением рН и для измерения рН.		И
5.
	Измерить рН растворов всех пяти концентраций при комнатной
температуре. Затем после выдержки стаканчиков с растворами в
термостате или водяной бане в течение 20…30 мин измерить рН при 50 и
70 °С.
6.	Рассчитать степень и константу гидролиза для растворов соли
пяти концентраций и трех температур. Расчетные данные занести в
табл. 1.8.
7.	Построить график зависимости степени гидролиза соли α от
степени разбавления: α = f (1/С).
8.	Рассчитать термодинамические характеристики гидролиза.
Результаты расчетов занести в табл.1.9.

Степень и константа гидролиза растворов соли

Таблица 1.8

Т, °С

Концентрация С,

рН

[H+],

КГ

1/С

моль/дм3

Комна-

0,4

тная

0,2

0,1

0,05

0,025

0,4

0,2

0,1

0,05

0,025

0,4

бА

0,2

0,1

0,05

0,025

Таблица 1.9

Термодинамические характеристики процесса гидролиза

Т,°С

Т, К

КГ

G, кДж/моль

Н, к

ж/моль

S, Дж/моль· К

Комн.

323

243

Сделать вывод о зависимости

- степени гидролиза от разбавления раствора;

- степени гидролиза от температуры;

- изменения энергии Гиббса от температуры.

Оценить вклад энтальпийного и энтропийного факторов в изменение

энергии Гиббса процесса гидролиза.

Порядок проведения измерения рН на иономере

-130:

1.Прибор включить в сеть и прогревать в течение 30 мин.

2.Переключатель рода термокомпенсации на передней панели прибора установить в положение «Автоматическое» («Авт.»).

3.Переключатель рода работ поставить в положение «рН» («рХ+»).

4.Перед погружением в раствор электроды промыть

дистиллированной водой и удалить остатки воды фильтровальной

бумагой. Затем электроды промыть анализируемым раствором. Время установления показаний не должно превышать 3 мин.

5. После проведения измерений электроды погрузить и хранить в дистиллированной воде.

Задачи для самостоятельного решения 1

1-6. Определить разность между

V при 25 ºС для следующих

реакций:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3;

+ O2 = 2SO3 (г);

2SO2

2C(граф)+ О2 = 2СО;

NH4Cl = NH3 + HCl.

Все вещества находятся в обычном для этой температуры

бензола

агрегатном состоян .

Ответ: 4955 Дж; 2477 Дж; –2477 Дж; –4955 Дж.

1-7. Определ ть разность между Qp и

V при 25 ºС в реакциях

полного сгоран я с

разованием диоксида углерода и воды (в жидком

состоянии),

(С6Н6), нафталина (С10Н8) и этилена (С2Н4).

Ответ: 3716 Дж; 4955 Дж; 4955 Дж.

1-8. Определить при 500 ºС разность между

p и

V для реакции

СО2 + С ↔ 2СО.

Ответ: –6427 Дж.

1-9. Определить при 25 ºСразность

p и

V для реакции

3С2Н2 (г) → С6Н6 (ж).

Ответ: 7432 Дж.

1-10. Тепловой эффект реакции

N2 + 3

H2 ↔ NH3

при постоянном давлении

p = 46,26 кДж/моль при 25 ºС. Определить,

чему равен

V реакции при той же температуре?

Ответ: 43,783 кДж/моль.

1-11. Тепловой эффект реакции

2Fe + 3

O2 = Fe2O3

при 18 ºС

p= 823,3 кДж/моль. Определить

V для этой реакции при той

же температуре.

Ответ: 819,671 кДж/моль.

1-12. Тепловой эффект сгорания нафталина до диоксида углерода и воды (в жидком состоянии) при постоянном объеме и 18 ºС равен 5162 кДж/моль. Определить тепловой эффект сгорания нафталина при постоянном давлении и той же температуре.

Ответ: 5166,84 кДж/моль.

1-13. Теплоты нейтрализации NaOH и NН4OH соляной кислотой соответственно равны –55,9 кДж/моль и –51,34 кДж/моль. Какая теплота

диссоциации NН4OH, если он в растворе практически не диссоциирует?

Ответ: 4,56 кДж/моль.

1-14. Зная,

что

теплота

сгорания этилового

спирта

равна

1374 кДж/моль, уксусной кислоты 871,6 кДж/моль, а уксусно-этилового

эфира 2256 кДж/моль, в

тепловой эффект реакции

С2Н5ОН + СН3СООН ↔ СН3СООС2Н5 + Н2О + Q.

Ответ: –10,4 кДж/моль.

1-15. Выч сл ть тепловой эффект реакции

С2Н4 (г) + Н2О (г) = С2Н5ОН (г),

ычислить

если теплоты

я этилена, водяного пара и газообразного этанола

соответственно равны 52,28; –241,8 и –235,3 кДж/моль.

Ответ: –45,78 кДж/моль.

1-16. Рассчитать теплоту перехода ромбической серы в

образован

серы

–

моноклиническую,

если

теплота

сгорания ромбической

297,5 кДж/моль,

теплота

сгорания

моноклинической

серы

–

300,1 кДж/моль.

Ответ: 2,6 кДж/моль.

1-17. Теплоты сгорания аморфного углерода, графита и алмаза

соответственно равны –409,2; –394,6 и –395,3 к ж/моль. Рассчитать

теплоту аллотропного превращения: а) аморфного углерода в графит;

б) аморфного углерода в алмаз; в) графита в алмаз.

Ответ: а) –14,64 кДж/моль; б) –13,9 к

ж/моль; в) 0,7

/моль.

кДж

равна

1-18. Теплота сгорания бензойной кислоты С6Н5СООН

(т)

–3227,5 кДж/моль. Теплоты образования воды и диоксида углерода из

элементов при тех

же

условиях

соответственно равны

–285,8

–393,5 кДж/моль. Вычислить теплоту образования С6Н5СООН (т).

Ответ: –384,4 кДж/моль.

1-19. В топке сгорает каменный уголь, содержащий 65% углерода. В топочных газах содержатся 1% об. СО2 и 1% об. СО; остальное азот и кислород. Определить теплоту сгорания 1 кг угля, если теплота образования СО2 (г) составляет –393,5 кДж/моль, а теплота образования СО (г) равна –110,5 кДж/моль.

Ответ: –2611,6 кДж/моль.

1-20. Определить теплоту сгорания спирта

С2Н5ОН + 3О2 = 2СО2 + 3Н2О + Q, исходя из следующих данных:

С + О2 = СО2 + 394,0 кДж/моль;

Н2 + 1	О2 = Н2О + 285,0 кДж/моль;
2
2С + 3Н2 + 1		О2 = С2Н5ОН + 278,2 кДж/моль.
С	2
Ответ: 1364,8 кДж/моль.
1-21. Вычислить теплоту образования бензола
	6С + 3Н2 = С6Н6 +		Q	,
зная, что теплоты сгоран я водорода, углерода и бензола соответственно
равны 285, 394 3282,4 кДж/моль. Вода образуется в жидком состоянии.

используяследующ е термохимические данные:

Ответ: –63,4 кДж/моль.

1-22. Определ ть теплоту сгорания фосфористого водорода

2PH3 + 4O2 = P2O5 + 3H2O (ж) + Q,

2P + 3H2 = 2PH3 – 48,69 кДж/моль;

2P + 52О2 = P2О5 + 1508,4 кДж/моль;

Н2 + 12О2 = Н2О(ж) + 285,0 кДж/моль. Ответ: 1842,09 кДж/моль.

1-23. Для реакций

С (граф) + Н2О (г) = СО (г) + Н2 (г) и С (граф) + Н2О (г) = СО (г) + Н2 (г)
тепловые эффекты при постоянном давлении и 500 К соответственно
равны 173,6 ибА133,9 кДж. Рассчитать тепловой эффект реакции
СО (г) + Н2О (г) = СО2 (г) + Н2 (г)
при 1000 К, если мольные теплоемкости равны:
Cp (CO) = 28,41 + 4,10·10-3Т – 0,46·105Т-2		ж/моль∙К;
Cp (Н2O) = 30,00 + 10,71·10-3Т + 0,33·105Т-2		ж/моль∙К;
Д-3 5 -2
Cp (CO2) = 44,14 + 9,04·10	Т – 8,53·10 Т	ж/моль∙К;
Cp (Н2) = 27,28 + 3,26·10-3Т + 0,502·105Т-2		ж/моль∙К.
Ответ: –34,86 кДж.
1-24. Мольные теплоемкости оксида углерода, хлора и фосгена
равны:	И

Cp (CO) = 28,41 + 4,10·10-3Т – 0,46·105Т-2 Дж/моль∙К;

Cp (Cl2) = 36,69 + 1,05·10-3Т – 2,52·105Т-2 Дж/моль∙К;

Cp (COCl2) = 67,16 + 12,11·10-3Т – 9,03·105Т-2 Дж/моль∙К.

Стандартные теплоты образования оксида углерода и фосгена соответственно равны –110,5 и –223,0 кДж/моль. Вычислить тепловой эффект при постоянном объеме для реакции

СО + Сl2 = COCl2

при температуре 600 К.

Ответ: –106,97 кДж.
С
1-25.	Теплота диссоциации карбоната кальция по реакции
при 900 о		CaCO3 (т) = CaO (т) + CO2 (г)
	равна 178,0 кДж/моль. Мольные теплоемкости веществ:

Cp (CaCO3) = 104,5 + 21,92·10-3Т – 25,94·105Т-2 Дж/моль∙К;

спаренияCp (CaO) = 49,63 + 4,52·10--33Т – 6,95·1055Т--22 Дж/моль∙К; Cp (CO2) = 44,14 + 9,04·10 Т – 8,53·10 Т Дж/моль∙К.

Вывести уравнен зависимости теплового эффекта этой реакции от

температуры. Определ ть количество теплоты, поглощенное при

разложен 1 кг кар оната кальция при 1000 ºС.
Ответ: 1760,0 кДж.
1-26. Теплота	воды при 30 ºС равна 2427 кДж/кг, а при

20ºС – 2452 кДж/кг. Оценить среднее значение мольной теплоемкости водяного пара в нтервале температур от 20 до 30 ºС, если мольная теплоемкость жидкой воды 75,31 Дж/моль∙К. Вычислить расхождение между полученным и та личным значением 33,56 Дж/моль∙К при постоянном давлении водяного пара в этом интервале температур.

Ответ: 30,31 кДж/моль; 9,7%.
Д
1-27. Стандартные теплоты образования FeO (т), CO (г) и СО2 (г)
соответственнобАравны –263,7; –110,5; –393,5 к ж/моль. Определить
количество теплоты, которое выделится при восстановлении 100 кг оксида
железа (II) оксидом углерода при 1200 К и постоянном давлении, если
мольные теплоемкости реагентов равны:		И
Cp (Fe) = 19,25 + 21,0·10-3Т
		ж/моль∙К;
Cp (CO2) = 44,14 + 9,04·10	-3	5 -2	ж/моль∙К;
	Т – 8,53·10 Т
Cp (CO) = 28,41 + 4,10·10-3Т – 0,46·105Т-2			ж/моль∙К;
Cp (FeO) = 52,80 + 6,24·10-3Т – 3,19·105Т-2			ж/моль∙К.

Ответ: –329,90 кДж.

1-28. Вывести уравнение зависимости теплового эффекта реакции СН4 (г) = С (т) + 2Н2 (г)

от температуры, а также вычислить тепловой эффект этой реакции при 1000 К, если его значение при стандартных условиях равно 74,85 кДж, а

мольные теплоемкости реагентов составляют:

Cp (C) = 11,19 + 10,95·10-3Т – 4,89·105Т-2 Дж/моль∙К; Cp (Н2) = 27,28 + 3,26·10-3Т + 0,502·105Т-2 Дж/моль∙К;

Cp (СН4) = 17,45 + 60,46·10-3Т + 1,12·10-6Т2 Дж/моль∙К. Ответ: 87,90 кДж.

1-29. Вычислить теплоту образования хлорида алюминия при 500 К, если стандартная теплота образования равна –697,4 кДж/моль, а мольные теплоемкости AlCl3 (т), Al (т) и Cl2 (г) соответственно равны:

Cp (AlCl3) = 55,44 + 117,2·10-3Т Дж/моль∙К;

СCp (Al) = 20,67 + 12,39·10-3Т Дж/моль∙К;

Cp (Cl2) = 36,69 + 1,05·10-3Т – 2,52·105Т-2 Дж/моль∙К.

Температура плавления AlCl3 равна 465,6 К и теплота плавления 35,48 кДж/моль, мольная теплоемкость жидкого AlCl3 130,5 Дж/моль∙К.

имеют
Ответ: –653,8 кДж/моль.
1-30. Мольные теплоемкости Cl2 (г), Н2 (г) и НCl (г) при постоянном
объеме	следующ е значения:
	Cv (Cl2) = 28,38 + 1,05·10-3Т – 2,52·105Т-2 Дж/моль∙К;
	Cv (Н2) = 18,97 + 3,26·10-3Т + 0,502·105Т-2 Дж/моль∙К;
	Cv (НCl) = 18,22 + 4,6·10-3Т + 1,09·105Т-2 Дж/моль∙К.
Определ ть температурную зависимость теплового эффекта реакции
	0,5Н2 + 0,5Cl2 = HCl

при постоянном давлен и, если при 25 ºС он равен –92,3 кДж/моль. Рассчитать тепловой эффект данной реакции при 1000ºС.

Ответ: –95,21 кДж/моль.

1-32. Вычислить мольную теплоту испарения воды при 120 ºС.

Удельная теплота испарения воды при 100 ºС составляет 2255 Дж/г.
	Д
Удельные теплоемкости жидкой воды и пара соответственно равны 4,184
и 1,864 Дж/мольбА∙К.
Ответ: 41,43 кДж/моль.
1-33. Рассчитать тепловой эффект реакции
2Н2	+ О2 =2Н2О (г)
	И
при 1000 К, если H0f (Н2О) = –241,84 к ж/моль, а значения мольных
теплоемкостей следующие:
Cp (Н2) = 27,28 + 3,26·10-3Т + 0,502·105Т-2		ж/моль∙К;
Cp (O2) = 31,46 + 3,39·10-3Т – 3,77·105Т-2		ж/моль∙К;

Cp (Н2O) = 30,00 + 10,71·10-3Т + 0,33·105Т-2 Дж/моль∙К. Ответ: –496,02 кДж.

1-34. Теплота конденсации этилового спирта при 15 ºС составляет –27,62 кДж/моль. Средние удельные теплоемкости жидкого спирта и его пара в пределах от 0 до 78 ºС соответственно равны 2,418 и 1,597 Дж/г∙К. Определить количество теплоты, необходимой для испарения 500 г спирта при 60 ºС.

Ответ: 281,3 кДж.

1-35. Вычислить тепловой эффект реакции гидрирования этилена

С2Н4 + Н2 = С2Н6 при 1000 К, если при стандартных условиях он равен 128 кДж, а значения

мольных теплоемкостей следующие:

Cp (С2Н6) = 4,50 + 182·10-3Т – 74,86·10-6Т2 Дж/моль∙К; Cp (С2Н4) = 4,20 + 154,59·10-3Т – 81,09·10-6Т2 Дж/моль∙К; Cp (Н2) = 27,28 + 3,26·10-3Т + 0,502·105Т-2 Дж/моль∙К.

Ответ: 122,1 кДж.

1-36. Вычислить теплоту образования аммиака при 700 ºС, если при

25 º она равна 46,19 кДж/моль, а мольные теплоемкости следующие:

Cp (NН3) = 29,80 + 25,48·10-3Т + 1,67·105Т-2 Дж/моль∙К;

и1-37. Удельная теплота сгорания графита при 290 К равна –394,5 кДж/моль, а удельная теплота сгорания алмаза при той же температуре – 395,4 ºС кДж/моль. Удельные теплоемкости этих веществ соответственно равны 0,710 0,505 Дж/г∙К. Рассчитать тепловой эффект аллотропного

Cv (Н2) = 18,97 + 3,26·10-3Т + 0,502·105Т-2 Дж/моль∙К;

С	Cv (N2) = 19,57 + 4,27·10-3Т Дж/моль∙К.

Ответ: –55,66 кДж/моль.

перехода граф та в алмаз при 0 ºС.

Ответ: 0,942 кДж/моль.

1-38. Вычислить теплоту о разования оксида цинка при 327 ºС, если ее H0f (ZnО) = –349,0 кДж/моль. Мольные теплоемкости ZnO (т), Zn (т)

и О2 (г) выражаются уравнениями:

Cp (ZnO) = 48,99 + 5,10·10-3Т – 9,12·105Т-2 ж/моль∙К;

Ответ: –347,89 кДж/моль.

1-39. Теплота затвердевания кристаллогидрата CaCl2∙6H2O при 29 ºС

Cp (Zn) = 22,38 + 10,04·10-3Т	ж/моль∙К;
-3	5 -2
CбАp (O2) = 31,46 + 3,39·10 Т – 3,77·10 Т ж/моль∙К.
Д

равна –170,3 Дж/г, а при –160	ºС равна		нулю. Какова	удельная
		И
теплоемкость этого соединения в жидком состоянии, если удельная
теплоемкость в твердом состоянии 1,443		ж/г∙К,?
Ответ: 2,344 Дж/г∙К.
1-40. Разница в удельной теплоте растворения 1 г моноклинической
и ромбической серы при 0 ºС равна –10,04 Дж/г, а при 95,4 ºС–13,05 Дж/г;
удельная теплоемкость ромбической серы в этих интервалах температур
0,706 Дж/г∙К. Определить удельную теплоемкость моноклинической серы.
Ответ: 0,7376 Дж/г∙К.
1-41. Теплота образования	СО2	при	стандартных	условиях

–393,51 кДж/моль. Мольные теплоемкости С (т), О2 (г) и СО2 (г):

Cp (C) = 11,19 + 10,95·10-3Т – 4,89·105Т-2 Дж/моль∙К; Cp (O2) = 31,46 + 3,39·10-3Т – 3,77·105Т-2 Дж/моль∙К. Cp (CO2) = 44,14 + 9,04·10-3Т – 8,53·105Т-2 Дж/моль∙К.

Составить уравнение зависимости теплоты образования СО2 (г) от температуры и определить H0f (СО2) при 1000 ºС.

Ответ: –396,06 кДж/моль.

Вопросы и задания к коллоквиуму № 1

С
1.	Какие типы термодинамических систем существуют? Какими
термодинамическими параметрами их можно описать? В чем отличие
функций состоян я		функций процесса? Назовите эти функции.
2.	Пр вед те	математическое выражение первого закона и
уравнение			химической реакции
сформул руйте его.		Что такое тепловой эффект
(физико-х м ческого процесса)? Какие функции определяют тепловой
эффект в процессах, протекающих при постоянном давлении и
постоянном объеме?
3.	Какое	реакции называется	термохимическим?

Сформул руйте закон Гесса и основные следствия закона. Дайте определен е стандартной теплоте о разования соединения и стандартной

теплоте сгоран		я соед нения.
4.	В чем отл ч е теплоемкости при постоянном давлении и
теплоемкости при постоянном о ъеме? какая связь между ними?
5.	Какуюбзависимость выражает уравнение Кирхгофа? Приведите
математическое выражение этого уравнения в обычном и развернутом
виде.					Д
6.
	Приведите математическое выражение второго закона
термодинамики и сформулируйтеАего. Запишите объединенное уравнение
первого и второго законов термодинамики.
7.	Дайте	определение		понятию		«энтропия».	Каким	образом
вычисляется изменение энтропии при нагревании (охлаждении) веществ и
						И
при фазовых переходах? Каким образом можно вычислить абсолютное
значение энтропии? Для каких термодинамических систем и условий
следует использовать энтропию как критерий равновесия и определения
направления протекания самопроизвольных процессов?
8.	Дайте определение понятию «термодинамический потенциал».
Почему изохорно-изотермический потенциал называется свободной
энергией Гельмгольца? Почему изобарно-изотермический потенциал
называется свободной энергией Гиббса?
9.	Для каких термодинамических систем и условий следует
использовать энергию Гельмгольца в качестве критериев направления
самопроизвольных			процессов		и	равновесия?	Для	каких
термодинамических			систем и	условий		следует использовать		энергию

<<< < Предыдущая 12 / 102 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
07.01.20211.39 Mб61607.pdf
#
07.01.20211.39 Mб41608.pdf
#
07.01.20211.39 Mб81609.pdf
#
07.01.2021320.63 Кб5161.pdf
#
07.01.20211.39 Mб91610.pdf
#
07.01.20211.39 Mб471611.pdf
#
07.01.20211.4 Mб131612.pdf
#
07.01.20211.4 Mб61613.pdf
#
07.01.20211.4 Mб101614.pdf
#
07.01.20211.4 Mб91615.pdf
#
07.01.20211.4 Mб81616.pdf

1.2. Второй закон термодинамики

Практическое занятие № 2