Семинар № 6. «химическая термодинамика»

Необходимо уметь: Вычислить ΔH^o реакции: по ΔH^o ряда других реакций; ΔH^o реакции по стандартным энтальпиям образования исходных и конечных веществ; по ΔH^o сгорания исходных и конечных веществ; по энергиям связи в молекулах исходных и конечных веществ; ΔH отдельной стадии реакции по ΔH остальных стадий и ΔH суммарной реакции (схема цикла Борна-Габера); Δ_rS^o₂₉₈ реакции по S^o₂₉₈ исходных и конечных веществ; Δ_rG^o₂₉₈ реакции по Δ_fG^o₂₉₈ исходных и конечных веществ. По величине и знаку ΔG реакции оценить направление протекания реакции. С учетом знаков ΔH и ΔS оценить возможность протекания реакций при различной температуре.

Вопросы к семинару:

1. При стандартных условиях теплота сгорания белого фосфора 760,1 кДж/моль, а теплота сгорания черного фосфора 722, 1 кДж/моль. Чему равна теплота превращения черного фосфора в белый при стандартных условиях?

2. При сжигании этановой кислоты в кислороде выделилось 232,9 кДж теплоты, и осталось 10 л непрореагировавшего кислорода (р=104,1 кПа, t =40⁰С). Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси, если известно, что теплота образования СО₂ – 391,5 кДж/моль, Н₂О – 241,8 кДж/моль, СН₃СООН - 484, 2 кДж/моль.

3. Чему равно количество теплоты, выделяемой при сгорании 16 г серы, если энтальпия образования SO₂ равна – 297 кДж/моль.

4. Вычислите Н⁰, S⁰, G⁰ реакции, протекающей по уравнению

Fe₂O₃ (к) + 3C = 2Fe + 3CO.

Возможна ли реакция восстановления оксида железа (III) углеродом при температурах 500 и 1000 К?

5. При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделилось 56 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования ацетилена С₂Н₂, G⁰₂₉₈.

6. При сгорании 2 моль этилена в кислороде выделилось 2822 кДж теплоты. Определите теплоту образования этилена, если стандартные теплоты образования СО₂ и Н₂О равны 391,5 кДж/моль и 241,8 кДж/моль, соответственно.

7. При сжигании паров этанола в кислороде выделилось 494,2 кДж теплоты, и осталось 19,7 л непрореагировавшего кислорода (р=101,3 кПа и температуре 27⁰С). Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси, если известно, что теплота образования паров этанола 277,0 кДж.

8. Первая стадия производства азотной кислоты – каталитическое окисление аммиака кислородом

4NH₃(г) +5O₂(г) =4NO(г) + 6H₂O(г)

Как изменяются в результате реакции энтальпия и энтропия системы? Является ли эта реакция обратимой?

9. Поскольку в состав азотной кислоты входят элементы азот, кислород, водород; весьма заманчиво осуществить реакцию между N₂, O₂ и водой по данному уравнению реакции 2N₂(г) + 5O₂(г) +2H₂O(г) = 4HNO₃(ж). Возможно ли данное взаимодействие?

10. При сгорании 1 л водорода выделяется 12,76 кДж. Рассчитать энтальпию образования воды.

11. Сформулируйте закон Гесса применительно к тепловому эффекту получения пентахлорида сурьмы непосредственно из простых веществи в две последовательные стадии – образования из простых веществ трихлорида сурьмы и последующего окисления его хлором.

12. Рассчитайте изменение энергии Гиббса для следующей реакции при 25⁰С

NO_(г)+ ¹/₂O_2(г) = NO_2(г)

А) Возможно ли принципиальное осуществление этой реакции при 25⁰С?

Б) Какой фактор – энтальпийный или энтропийный – определяет знак энергии Гиббса?

13. Вычислить изменение энергии Гиббса при 25⁰С и 1000⁰С для реакции

С_{(графит)} +Н₂О_(г) = Н_2(г) + СО _(г)

А) При какой из указанных температурных условий принципиально возможно протекание реакции в прямом направлении?

Б) Какой фактор- энтальпийный или энтропийный определяет возможность этой реакции?

14. Как изменяются в ряду MgO-CaO-SrO-BaO кислотно-основные свойства оксидов и как это согласуется со значением энергии Гиббса реакции получения рассматриваемых карбонатов из оксидов?

15. А)Рассчитайте ∆H^o₂₉₈ химической реакции Na₂O_(т) + H₂O_(ж) ↔ 2NaOH_(т)

по значениям стандартных теплот образования веществ.

Б)Укажите тип реакции (экзо- или эндотермическая).

В) Определите, как изменяется энтропия при протекании данного химического процесса.

Г) Рассчитайте величину ∆S^o₂₉₈ для процесса.

Д) Рассчитайте изменение энергии Гиббса (∆G^o₂₉₈) для процесса.

Е) Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и 298 К?

Ж) Составьте термохимическое уравнение реакции взаимодействия Na₂O(т) и H₂O(ж), если при этом образуется 1 моль NaOH(т). В ответе приведите количество теплоты, указанное в термохимическом уравнении.

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

17. При сгорании 16 г магния выделилось 400,8 кДж. Определите энтальпию образования MgO(к.).

18. Вычислите G^o₂₉₈ для следующих реакций:

а) 2NaF(к.) + Cl₂(г.) = 2NaCl(к.) + F₂(г.)

б) PbO₂(к.) + 2Zn(к.) = Pb(к.) + 2ZnO(к.)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO₂ цинком по реакции (б)?

Семинар № 11. Кинетика и механизм химических реакций.

Необходимо уметь: Вычислить скорость одно стадийной реакции в данный момент времени, если известны концентрации реагентов и константа скорости реакции; как изменится скорость реакции, если изменить концентрацию одного из реагентов; изменить давление в системе; как изменится скорость реакции при изменении температуры на определенное число градусов, если задан температурный коэффициент скорости реакции; насколько следует изменить температуру протекания реакции при заданном температурном коэффициенте скорости, чтобы изменить скорость реакции в заданное число раз; равновесные концентрации реагентов в системе, если известны их начальные концентрации и изменение концентрации одного из них к моменту наступления равновесия; значения константы равновесия, если известны: равновесные концентрации реагентов; исходные концентрации и изменение концентрации одного из реагентов к моменту наступления равновесия; равновесные концентрации, если известны исходные концентрации реагентов к значение константы равновесия; в какой соотношении необходимо взять исходные вещества, чтобы при заданной константе равновесия в реакцию вступил определенный процент одного из них. Вычислить константу химического равновесия по величине д.о реакции и оценить практическую обратимость химической реакции. По величинам стандартных ΔH и ΔS реакции определить приблизительно температуру, начиная с которой реакция термодинамически возможна.

Вопросы к семинару:

ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА»

1. Как изменится скорость реакции 2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г), если уменьшить объем реакционного сосуда в 3 раза?

2. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 75⁰С?

3. Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна 75,24 кДж/моль, а с катализатором – 50,14 кДж/моль. Во сколько раз возрастает скорость реакции в присутствии катализатора, если реакция протекает при 298 К.

4. При гидролизе сахарозы в 1 л водного раствора за 10 мин образовалось 18 г глюкозы. Определите среднюю скорость гидролиза сахарозы.

5. Как зависит скорость элементарных реакций:

А) C₂H₅Br = C₂H₄ + HBr;

Б) C₂H₅Br + OH^- = C₂H₅OH + Br^-;

В) 2NO + O₂ = 2NO₂ – от концентраций реагирующих веществ? Какой суммарный порядок имеют эти реакции?

6. Реакция между водородом и этиленом Н_2(г) + С₂Н_4(г) = С₂Н_6(г) имеет второй порядок. Как изменится скорость образования этана, если: а) давление в системе увеличить в три раза; б) концентрацию этена увеличить в три раза?

7. Срок хранения автомобильных покрышек при температуре 20⁰ С составляет 5 лет, а при температуре 10⁰ С – 10 лет. Сколько лет можно хранить покрышки при - 10⁰С.

8. Чему равна энергия активации реакции, если при увеличении температуры от 290 до 300К скорость ее увеличится в 2 раза?

9. Равновесие реакции N₂ + 3H₂ = 2NH₃ устанавливается при следующих концентрациях участвующих в ней веществ: водорода 2,0 моль/л, азота – 0.01 моль/л, аммиака – 0,4 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходные концентрации азота и водорода.

10. Обратимая реакция описывается уравнением: А + В = С + Д. Смешали по 1 моль каждого из этих веществ. После установления равновесия в смеси в смеси обнаружено 1,5 моль вещества С. Найдите константу равновесия.

11. Какие факторы способствуют увеличению выхода следующих промышленно важных реакций:

А) С₂Н_4(г) + Н₂О = С₂Н₅ОН_(г) +Q

Б) 2СН_4(г) = С₂Н_2(г) + 3Н_2(г) –Q

В) 4NO_{2 (г)} + O_2(г) +2H₂O_(г) = 4HNO₃ –Q

Г) С_(тв) + Н₂О_(г) = СО _(г) + Н_2(г) – Q

12. Рассчитайте равновесное количество сложного эфира, образованного при взаимодействии 1 моль уксусной кислоты с 1 моль этанола при комнатной температуре, если константа равновесия 4,0.