Решение типовых задач

Задача 1. Рассчитайте тепловой эффект реакции, протекающей в изобарно-изотермических условиях по уравнению

CaCO_3(кр.) + SiO_2(кр) → СaSiO_3(кр.) + CO_{2 (г.)}, Δ H⁰ _реак..

Условия стандартные . Решение. Согласно следствию из закона Гесса: ΔH⁰ _реак.= Σ ν∙ ΔН⁰ _{обр.прод}. - Σ ν∙ ΔН⁰ _{обр.исх.в-в} или

ΔН⁰_реак. =(ΔН⁰_обр.СО_2(г.) +ΔН⁰_обр.СаSiО_з(кр.) ) – ( ΔН⁰_обр.Si О_{2(кр.) +}

+ΔН⁰_обр.SiO_3(кр.) ).

Энтальпии образования всех участников реакции берем из таблицы

3.1.1. ΔН⁰_обр.СО_2(кр.) = -393,5 кДж/моль; ΔН⁰_обр.СаСО_3(кр.) =-1206,0кДж/моль;

ΔН⁰_обр.SiO_2(кр.) = - 859,3 кДж/моль; ΔН⁰_обр.CaSiO_3(кр)= -1584,1кДж/моль.

Подставив значения в уравнение, получаем

ΔН⁰_реак. = -363,5 - 1584,1 - (-859,3 - 1206,0) = 87,7 (кДж).

Процесс эндотермический, так как ∆Н > 0

Задача 2. Возможно ли самопроизвольное взаимодействие карбоната кальция и оксида кремния, протекающее по уравнению СаСО_3(кр.)+ SiО_2(кр.) → СаSiO_3(кр.) + СО_2(г.) в неизолированной системе в стандартных изобарно-изотермических условиях. Решение. Критерием самопроизвольного протекания процесса в неизолированной системе в изобарно-изотермических условиях является убыль энергии Гиббса. Рассчитаем изменение энергии Гиббса ΔG⁰_реак. в ходе данной реакции, воспользовавшись уравнением ΔG⁰_реак. = ΔH⁰_реак. – T⁰∙ΔS⁰_реак.

Изменение энтальпии ΔН⁰ _реак. = 87,7 кДж (см. задачу 1).

Вычислим изменение энтропии ΔS⁰_реак. для реакции, протекающей в стандартных условиях, используя табличные данные. S⁰ CaCO_{3 (кр.)}= 92,9 Дж/моль∙К; S⁰ SiО_3(кр.) = 42,1 Дж /моль∙К;

S⁰ СО_{2 (г.)} = 231,5Дж/моль∙К; S⁰CaSiO_{3 (кр.)} = 82,0 Дж/моль∙К

ΔS⁰_реак. = Σ ν ∙ S⁰_прод. –Σ ν ∙ S ⁰ _исх.в-в.

ΔS⁰_реак. = S⁰ CaSiO_3(кр.) + S⁰ CO_2(г.) – S⁰ CaCO_3(кр.) – S⁰ SiO_2(кр.),

ΔS⁰_реак.= 82,0 + 231,6 – 92,9 – 42,1 = 178,6 ( Дж/моль) или

ΔS⁰_реак. = О,179 кДж/моль.

Рассчитаем ΔG⁰_реак., воспользовавшись найденными значениями ΔН⁰_реак. и ΔS⁰_реак.,

ΔG⁰_реак. = 87,7- 298 0,179 = + 34,36 (кДж).

Поскольку ΔG⁰_реак.> 0, то данный процесс в стандартных условиях самопроизвольно протекать не может.

Задача 3. Определите энтальпию образования СаО∙SiO₂ , если тепловой эффект реакции

СаО_(кр.) + SiО_2(кр.) → СаО∙SiО_2(кр.), ΔН_реак.

равен (– 89,1) кДж. Условия стандартные.

Решение. Согласно следствию из закона Гесса

ΔН⁰_реак. = ΔН⁰_обр.СаO∙SiО_2(кр.) – ΔН⁰_обр.СаО_(кр.) - ΔН⁰_обр. SiO_2(кр.).

По условию задачи ΔН⁰_реак.= -89,1 кДж; в таблице 3.1.1 находим стандартные энтальпии образования оксидов кальция и кремния

ΔН⁰_обр.СаО _(кр.)= - 635,1 кДж/моль и ΔН⁰_обр.SiO_2(кр.)= -859,3 кДж/моль.

Подставив известные величины в уравнение следствия закона Гесса, находим стандартную энтальпию образования силиката кальция

ΔН⁰_обр.СаОSiО_2(кр.).

-89,1 = ΔН⁰_обр.СаО∙SiО_3(кр.) –(-635,) – (-859,3); ΔН⁰_обр. СаО∙SiО_3(кр.) = -1583,5 кДж/моль.

Таблица 3.1.1.

Термодинамические характеристики некоторых веществ

при температуре 298 К и давлении 101 кПа

Вещество	ΔH0обр., кДж/моль	S0, Дж/моль∙К	ΔG0, кДж/моль
Al2O3 (кр.)	-1675,0	50,9	-1582,6
BaSO4(кр.)	-1195,0	90.0	-1358,3
CO (г.)	-110,5	197,4	-137,8
CO2 (г.)	-393,5	213,6	-394,4
CaO (кр.)	-635,1	39,7	-604,2
Ca(OH)2 (кр.)	-986,2	83,4	-896,8
CaCl2 (кр.)	-785,8	113,8	-753,1
CaSO4 (кр.)	-1432,7	106,7	-1320,3
CaSiO3 (кр.)	-1584,1	82,0	-1501,1
CaCO3 (кр.)	-1206,0	92,9	-1128,8
CaSO4∙0,5H2O (кр.)	-1575,2	-	-1435,2
CaSO4∙2H2O (кр.)	-2021,1	-	-1795,7
CaCO3∙MgCO3 (кр)	-2326,3	-	-2152,7
2CaO∙SiO2 (кр.)	-2312,6	-	-
3CaO∙Al2O3 (кр.)	-3592,9	-	-
Fe (кр.)	0	27,2	-
FeO (кр.)	-264,7	58,8	-245,3
Fe2O3 (кр.)	-821,3	89,9	-743,8
Fe3O4 (кр.)	-1117,7	151,6	-1016,4
H2 (г.)	0	130,6	0
H2O (ж.)	-285,8	69,9	-237,4
MgO (кр.)	-601,2	26,9	-569,5
Mg(OH)2 (кр.)	-924,7	63,1	-837,1
MgCl2 (кр.)	-641,8	89,5	-594,7
O2 (г.)	0	205,0	0
SO2 (г.)	-296,9	248,1	-301,6
SiO2 (кр.)	-859,3	42,1	-856,7
Н2О (г.)	-241,8	188,7	-228,8