3. Расчет погрешности в определении теплового эффекта реакции

Погрешность в определении теплового эффекта исследуемой реакции определяется как погрешность косвенных измерений из выражения

Погрешность в определении теплового эффекта калибровочной реакции, известного с большой точностью может быть близкой к нулю. Погрешности в определении возрастания температуры раствора в ходе реакции нейтрализации  (Т₀) и  (Т_1,2), как показывает практика, определяется систематической погрешностью . Таким образом, погрешность в определении теплового эффекта может быть рассчитана по формуле

Содержание и оформление отчета

Отчет о проведенной работе должен включать:

1. Постановку цели работы;

2. Краткие теоретические основы метода калориметрии;

3. Описание экспериментальной установки;

4. Результаты измерений температуры в ходе проведения калибровочной и исследуемой реакций в виде таблиц;

5. Расчет погрешности измерений;

6. Выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. Как описывается первый закон термодинамики при протекании изопроцессов различного типа?

2. Как связан закон Гесса с первым законом термодинамики?

3. Какие следствия из закона Гесса Вы знаете?

4. Что называется теплотой образования соединения?

5. В чем заключается метод калориметрии?

6. Какие типы калориметров Вы знаете?

7. Для чего необходимо проводить калибровку калориметрической установки при адиабатическом способе измерения?

8. Какие причины обуславливают погрешность измерения в данной работе?

Задачи для самостоятельного решения

Энергетика химических процессов

1. При соединении 2,1 г железа с серой выделилось 3,77 кДж. Рассчитать теплоту образования сульфида железа.

2. Найти количество теплоты, выделяющейся при взрыве 8,4 л гремучего газа, взятого при нормальных условиях.

3. Определить стандартную энтальпию образования PH₃, исходя из уравнения: 2PH₃ (г) + 4O₂ (г) = P₂O₅(к) + 3H₂O(ж); ∆H = -2360 кДж/моль

4. Исходя из теплового эффекта реакции, вычислить ∆H образования метилового спирта.

3СaO(к) + P₂O₅(к) = Сa₃(PO₄)₂(к); ∆H = -739 кДж/моль

СH₃OH (ж) + 3/2 O₂(г) = СO₂(г) + H₂O(ж); ∆H = -726,5 кДж/моль

5. При полном сгорании этилена (с образованием жидкой воды) выделилось 6226 кДж. Найти объем вступившего в реакцию кислорода (н.у.).

6. Водяной газ представляет собой смесь равных объемов водорода и оксида углерода (II). Найти количество теплоты, выделяющейся при сжигании 112 л водяного газа, взятого при нормальных условиях.

7. Сожжены с образованием H₂O(г) равные объемы водорода и ацетилена, взятые при одинаковых условиях. В каком случае выделится больше теплоты? Во сколько раз?

8. Найти массу метана, при полном сгорании которой (с образованием жидкой воды) выделяется теплота, достаточная для нагревания 100 г воды от 20 до 300^oС. Мольную теплоемкость воды принять равной 75,3 кДж/(моль∙К).

9. Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении Fе₂О₃ металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа.

10. Газообразный этиловый спирт можно получить при взаимодействии этилена С₂H₄(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

11. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:

FeO (к) + СО (г) = Fe (к) + СО₂(г); ∆Н = -13,18 кДж.

СО (г) + ½O₂(г) = СО₂(г); ∆H = -283,0 кДж.

Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О(г); ∆H = -241,83 кДж.

12. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод СS₂(г) Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

13. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО (г) и водородом, в результате которой образуются СН₄(г) и Н₂О(г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия?

14. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования NO? Вычислите теплоту образования NO. исходя из следующих термохимических уравнений:

4NН₃(г) +5О₂(г) = 4NO(г) + 6Н₂О(ж); ∆H = -1168,80 кДж.

4NН₃(г) +3O₂(г) = 2N₂(г) + 6Н₂O(ж); ∆H = 1530,28 кДж.

15. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия?

16. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплоту образования метана, исходя из следующих термохимических уравнений:

Н₂(г) + ½ О₂(г) = Н₂О(ж); ∆Н = -285.84 кДж.

С(к) + O₂(г) = СО₂(г); ∆H = -393,51 кДж.

СН₄(г) + 2O₂(г) = 2Н₂О(ж) + СО₂(г); ∆Н = -890,31 кДж.

17. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:

Са(к) + ½О₂(г) = СаО (к); ∆H = -635,60 кДж.

Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О(ж); ∆Н = -285,84 кДж.

СаО(к) + H₂О(ж) = Са(ОН)₂(к); ∆Н = -65,06 кДж.

18. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С₆Н₆(ж).

19. Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена С₂Н₂, если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды?

20. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия.

21. Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением:

CH₃OH(ж) + ³/₂O₂(г) = CO₂(г) + 2H₂O(ж).

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН₃ОН (ж) равна +37,4 кДж.

22. При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж тепло­ты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования C₂H₅OH (ж).

23. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением

С₆Н₆(ж) + ⁷/₂O₂(г) = 6СO₂(г) + 3Н₂O(г).

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота па­рообразования бензола равна +33,9 кДж.

24. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моль этана C₂H₆ (г), в результате которой образуются пары воды и диок­сид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м³ этана в пересчете на нор­мальные условия?

25. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением

4NН₃(г) + 3O₂(г)= 2N₂(г) + 6Н₂O(ж); ∆Н = -1530,28 кДж.

Вычислите теплоту образования газообразного аммиака.

26. При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа (II).

27. При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С₂Н₂(г).

28. При получении эквивалентной массы гидроксида кальция из СаО(к) и Н₂О(ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция.

Химическое сродство

29. Вычислите ∆G⁰₂₉₈ для следующих реакций:

a) 2NaF(к) + Cl₂(г) = 2NaCl(к) + F₂(г);

б) PbО₂(к) + 2Zn(к) = Pb(к) + 2ZnО(к)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить диоксид свинца цинком по реакции (б)?

30. При какой температуре наступит равновесие системы

4HCl(г) + О₂(г) = 2H₂O(г) + 2Cl₂(г); ∆H = -114.42 кДж?

Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем, и при каких температурах?

31. Восстановление Fe₃O₄ оксидом углерода идет по уравнению

Fе₃O₄(к) + СО(г) = 3FеО(к) + СО₂(г).

Вычислите ∆G⁰₂₉₈ и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно изменение энтропии ∆S⁰₂₉₈ в этом процессе?

32. Реакция горения ацетилена идет по уравнению

С₂H₂(г) + ⁵/₂O₂(г) = 2СO₂(г) + Н₂O(ж).

Вычислите ∆G⁰₂₉₈ и ∆S⁰₂₉₈. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

33. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите ∆S⁰₂₉₈ для каждого фазового превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических пре­вращениях.

34. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотер­мическая реакция

Н₂(г) + СО₂(г) = СО(г) + Н₂О(ж); ∆H = -2,85 кДж?

Зная тепловой эффект этой реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствую­щих веществ, определите ∆G⁰₂₉₈ в ходе этой реакции.

35. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе 2NO(г) + О₂(г) = 2NО₂(г). Ответ мотивируйте, вычислив ∆G⁰₂₉₈ прямой реакции.

36. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандарт­ных энтропий соответствующих веществ, вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению NН₃(г) + НС1(г) = NН₄С1(к). Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

37. При какой температуре наступит равновесие системы

СО(г) + 2Н₂(г) = СН₃ОН (ж); ∆H = -128,05 кДж?

38. При какой температуре наступит равновесие системы

СН₄(г) + СО₂(г) = 2СО(г) + 2Н₂(г); ∆H = +247,37 кДж?

39. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по урав­нению

4NН₃(г) + 5O₂(г) = 4NО(г) + 6H₂O(г).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

40. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

CO₂(г) + 4Н₂(г) = СН₄ (г) + 2Н₂О(ж).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

41. Вычислите ∆H⁰₂₉₈, ∆S⁰₂₉₈ и ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

Fe₂О₃(к) + 3Н₂(г) = 2Fe(к) + 3Н₂О (г).

Возможна ли реакция восстановления оксида железа (III) водородом при температурах 500 и 2000 К?

42. Какие из карбонатов: ВеСО₃ или BаСО₃ – можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО₂? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив∆G⁰₂₉₈ реакций.

43. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающих по уравнению C₂H₄(г) + 3Н₂(г) = СН₄(г) + Н₂О(г). Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

44. Вычислите ∆H⁰₂₉₈, ∆S⁰₂₉₈ и ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

TiO₂(к) + 2С(к) = Ti(к) + 2СО(г).

Возможна ли реакция восстановления диоксида титана углеродом при температурах 1000 и 3000 К?

45. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

C₂H₄(г) + 3О₂(г) = 2СО₂(г) + 2Н₂O(ж).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

46. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fе₃О₄, протекающая по уравнению:

Fe₃O₄(к) + CO(г) = 3FeO(к) + CO₂(г); ∆H=+34,55кДж.

47. Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению:

PCl₅(г) = PCl₃(г) + Cl₂(г); ∆H = + 92,59 кДж.

48. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:

2СН₄(г) = С₂Н₂(г) + 3Н₂(г);

N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г);

С(гр.) + O₂(г) = СО₂(г).

Почему в этих реакциях ∆S⁰₂₉₈ > 0; < 0; ≈ 0?