Из выражения Kравн можнонайти N2 :
Kравн |
|
NH 3 2 |
|
|
N2 |
|
|
NH 3 |
2 |
; |
|
H |
2 |
3 |
N |
2 |
|
|
|
H |
3K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
равн |
N2 |
|
|
52 |
|
|
|
0 8 моль/л. |
|
|
|
|
2 |
2 5 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По уравнению |
|
|
H2 |
|
N2 |
|
|
3 1; следовательно, рас- |
ход N2 составляет |
|
c N2 |
|
2 5 |
моль/л. Исходная концентра- |
ция азота складывается из равновесной и затраченной в реакции:
2 5 0 8 |
3 |
3 моль/л. |
|
|
|
|
Ответ |
: |
3 3 моль азота следуетввестив 1 л газовойсмеси. |
33. Обратима ли практически реакция гидролиза глицил- |
глицинапри 310 К, если Gр-ции |
15 |
08 кДж/моль? |
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
Gр-ции |
|
|
RT ln Kравн, или Gр-ции |
2 3RT lg Kравн; |
lg Kравн |
|
|
G |
15 08 |
103 Дж моль |
2 55; |
|
|
2 3RT |
|
2 3 8 31 Дж |
моль К 310 К |
Kравн |
102 55 355. |
|
|
|
|
Ответ : Kравн 355; Kравн 1, следовательно, продуктов реакциибольше, чемисходныхвеществ, равновесие смещено
вправо.
34. Вычислите константу равновесия реакции образования метилового спирта: CO (г) 2H2 (г) CH 3OH (г), при с.у. Сделайте заключение о практической обратимости реакции при с.у. (Справочные данные см. приложение 4.)
Решение.
Hр-ции |
Hобр CH 3OH (г) |
|
Hобр CO (г) |
2 Hобр H2 (г) |
239 |
111 |
0 |
128 000 Дж/моль; |
Sр-ции |
Sобр CH 3OH (г) |
Sобр CO (г) |
2 Sобр H2 (г) |
127 |
198 |
2 131 333 Дж |
моль К ; |
Gр-ции |
|
H |
T S |
128 000 |
298 333 |
28 766 Дж/моль; |
|
|
|
|
|
ln Kравн |
|
G |
|
|
28 766 |
11 6; |
|
|
RT |
8 |
31 298 |
|
|
|
|
|
Kравн |
e11 6 1 11 105. |
|
|
Ответ |
: Kравн |
1 11 |
105, так как K |
103, глубинасмеще- |
ниявелика, таким образом, реакцияприс. у. практическинеобратима.
35. Рассчитайте константу равновесия реакции окисления
этанола в уксусныйальдегидпри 310 К. |
|
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gр-ции |
|
2 3RT lg Kравн; |
|
|
|
|
Gр-ции |
|
|
i прод. р-ции |
i Gисх. в-в ; |
|
C2H5OH (ж) O2 (г) |
CH 3CHO (г) |
H2O(ж) |
|
Подставляясправочн ые данные, находим G реакции: |
Gр-ции |
134 |
|
|
237 |
|
175 |
|
196 кДж/моль; |
lg Kравн |
|
Gр-ции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
2 3RT |
|
|
|
|
|
|
lg Kравн |
|
|
196 |
103 Дж моль |
|
33 08 |
33; |
|
2 3 |
8 31 Дж моль |
К 310 К |
Kравн |
1033 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ |
: Kравн |
|
1033 , так как Kравн |
|
103, реакция практи- |
ческинеобратима. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36. |
Определитенаправление протекания реакции |
|
H2 (г) |
I2 (г) |
2HI (г) |
|
|
|
|
|
|
при 298 К и c H2 |
|
c I2 |
0 01 моль/л; |
c HI |
1 0 моль/л; |
Kравн |
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. ВоспользуемсяуравнениемизотермыВант-Гоффа: |
Gр-ции |
|
RT |
ln |
c2 HI |
ln Kравн |
; |
|
|
|
c H2 c I2 |
|
|
|
Gр-ции 8 31 298 ln |
12 |
ln 2 21 091 Дж моль |
0 01 0 01 |
21 091 кДж/моль.
Ответ : Gр-ции 0, поэтому реакция не может идти самопроизвольновпрямом направлении.
Задачи иупражнения длясамостоятельного решения
1. Вычислитетепловойэффектреакцииполучениядиэтиловогоэфира из этанола прис. у., пользуясьсправочными значениями стандартныхтеплот образования веществ.
[ Hр-ции |
11 4 кДж/моль] |
2. Вычислите тепловойэффект реакции |
C2H2 (г) |
2H2 (г) C2H6 (г) |
при с. у., пользуясь справочными значениями стандартных теплот сгораниявеществ.
[Hр-ции 336 кДж/моль]
3. Рассчитайте Hр-ции сгорания этанола, если известно, что |
присгорании 4,6 г спиртавыделяется 137 кДж теплоты. |
[ Hр-ции |
1370 кДж/моль] |
4. Рассчитайте прис. у. тепловой эффект реакции спиртового броженияглюкозымассой 54 г:
C6H12O6 (к) 2CO 2 (г) 2C2H5OH (ж)
исходяиз стандартных энтальпий сгоранияглюкозыи этанола.
[Q 20 8 кДж]
5. В 100 г трески в среднем содержится 11,6 г белков и 0,3 г жиров. Рассчитайте (в кДж и ккал) энергию, которая выделится при усвоении порции трески массой 228 г. Калорийность белков 17,1 кДж/г, жиров 38,8 кДж/г.
[Q 478 8 кДж; Q 114 5 ккал]
6. Теплотысгоранияуглеводовибелковворганизмечеловека составляют 4,1 ккал/г, жиров — 9,3 ккал/г. Среднесуточная потребность в белках, жирах и углеводах для студента составляет
соответственно 113, 106 и 451 г. Рассчитайте суточную энергетическую потребность среднестатистического студента.
[Q 3300 ккал]
7. Рассчитайте массу углеводов, необходимуюдлявосполнения энергии, затраченной при выделении 800 г воды через кожу, еслидляиспарения 1 моль водычерезкожу требуется 44 кДж.
[m 115 г]
8. Определите знак и значение энтальпии растворения соли NH 4NO 3, еслиприрастворении 6,4 гэтойсолив 2 лводыприс. у. поглотилось 6,22 кДж теплоты.
[Hр-ния 77 75 кДж/моль]
9. Стандартная энтальпия растворения CuSO 4 равна 66 5 кДжмоль, стандартная энтальпия гидратации до пентагидратаравна 78 22 кДжмоль. Вычислитестандартнуютеплоту растворенияпентагидрата.
[Hр-ния 11 72 кДж/моль]
10. Какое количество теплоты поглотится при растворении вводебромидакалиямассой23,8 г, если Hр-ния 17 кДж/моль? [Q 3 4 кДж]
11. Прирастворениикристаллическойсодымассой715 гбыло поглощено 167,4 кДж теплоты. Определите теплоту растворения кристаллогидрата.
[Hр-ния Na2CO 3 10H 2O 66 96 кДж/моль]
12. При растворении 1 моль серной кислоты в 800 г воды температура раствора повысилась на 22,4 градуса. Рассчитайте тепловой эффект растворения серной кислоты в воде, принимая удельнуютеплоемкостьраствора равной 3 76 Джг град.
[Hр-ния 75 6 кДж/моль]
13. Глицерин — один из продуктов метаболизма, который превращается окончательно в организме в CO 2 (г) и H2O(ж) . Вычислите Gр-ции окисления глицерина, если Gобр глицерина
480 кДж/моль.
[Gр-ции 1650 кДж/моль]
14. В организме человека этанол окисляется в две стадии: до уксусного альдегида (H1 256 кДж моль), а затем до уксуснойкислоты (H2 237 кДж моль):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H5OH |
|
H1 |
CH 3COH |
H2 |
CH 3COOH |
|
|
|
НаоснованиизаконаГессарассчитайте |
Hр-ции окисленияэтано- |
ладоуксуснойкислоты. |
|
|
|
|
[ Hр-ции |
493 кДж/моль] |
|
|
|
|
15. |
Вычислите Gр-ции |
гидратации |
-лактоглобулина при |
25 С; |
Hр-ции |
6 75 кДж |
моль; S |
р-ции |
9 74 Дж моль К . |
Оцените вклад энтальпийногои энтропийногофакторов. |
[ Gр-ции |
3 85 кДж/моль] |
|
|
|
|
16. Обычныйкусочексахараимеетмассу1,5 г. Каковаэнтальпия его сгорания? На какую высоту можно подняться человеку массой 75 кг, еслисчитать, что наработу тратится 25% энергии?
[ Hсгор 24 97 кДж; h |
8 5 м] |
17. Ферментативная реакция дегидрирования пропанола-2 |
протекаетпоуравнению: |
|
CH 3CHOHCH 3 (р-р) |
фермент CH 3COCH 3 (р-р) H2 (г) |
Определитетепловойэффектэтойреакциипотеплотамсгорания:
Hсгор CH 3CHOHCH 3 2002 кДж/моль;
Hсгор CH 3COCH 3 1789 кДж/моль;
Hсгор H2 285 кДж/моль. [Hр-ции 72 кДж/моль]
18. Предположим, что платье, в котором вы вымокли, впитало 1 кг воды и холодный ветер его высушил. Какое количество потерянной теплоты необходимо возместить организму? Сколько граммов глюкозы нужно потребить, чтобы восполнить эту потерю? Принятьмольнуюэнтальпиюпарообразованияводыравной 44 кДж/моль.
[m(глюкозы) |
157 г; |
Q |
2 4 |
103 кДж] |
19. Рассчитайте |
Sр-ции |
хлорирования метана до трихлор- |
метана. |
1 1 Дж |
моль К ] |
[ Sр-ции |
20. Рассчитайте |
Gр-ции фотосинтеза: |
6CO 2 (г) |
|
6H2O(ж) |
C6H12O6 (р-р) 6O2 (г) |
Оцените полученныйрезультат. |
[ Gр-ции |
2869 кДж/моль] |
21. Рассчитайте |
G и определите возможность протекания |
прямой реакции CO(г) |
Cl2 (г) COCl 2 (г) при 298 K, если |
при с. у. Kравн |
1 0685 10 |
|
4, а парциальные давления всех |
|
реагирующих веществ одинаковы и равны 0,5 атм. |
[ Gр-ции |
22 66 кДж/моль; т.к. G° р-ции > 0, то прямая реакция |
невозможна при с. у.] |
|
|
|
22. Определитевозможность протеканияреакции L-аспартат Фумарат2 NH 4
если Gобр NH 4 79 42 кДж/моль;
Gобр фумарат2 603 6 кДж/моль;
Gобр L-аспартат 698 06 кДж/моль.
[Gр-ции 15 04 кДж/моль; реакцияпротекаетсправаналево.]
23. |
Для реакции CO |
2 (г) |
C(тв) |
2CO |
(г) рассчитайте: |
а) Gр-ции при 298 К; б) температуру, при которой оба направле- |
ния процесса равновероятны, если Hр-ции |
|
173 кДж моль; |
Sр-ции |
176 Дж |
моль |
К . |
|
|
|
[ Gр-ции |
121 кДж |
моль; |
T |
983 К] |
|
|
24. Как изменитсяскоростьпрямойреакции
2NO (г) O2 (г) 2NO 2 (г)
приувеличениидавленияв 2 раза? [увеличитсяв 8 раз]
25.Химическая реакция при 10 С заканчивается за 16 мин. Прикакойтемпературеоназакончитсяза1 минпритемпературном
коэффициенте 2. [T 50 С]
26.Константа скорости гидролиза этилового эфира фенилаланина при pH 7 3; T 25 С в присутствии ионов меди равна
2 67 10 3 с 1. Начальнаяконцентрацияэфираравна 0 2 мольл.
Чему будет равна скорость реакции по истечении двух периодов полупревращения?
[v 13 35 10 5 мольл с]
27.Для проведения исследований были взяты равные массы двух радионуклидов: Cs-137 и Zr-95. Какая часть Cs-137 останетсяк тому моменту, когда 99% Zr-95 распадается?
[останется 97,4% Cs-137]
28.Восколькоразуменьшаетсяскоростьокисленияглюкозы при гипотермии, если температура тела падает с 36 6 С до 27 С, атемпературныйкоэффициент даннойреакции равен 1,3?
[в 1,24 раза]
29.Рассчитайте константу равновесия для обратимой ре-
акции |
2NO O2 |
2NO 2, |
если при |
состоянии |
равновесия |
NO |
0 056 моль/л; |
O2 0 |
02 моль/л; |
NO 2 0 |
044 моль/л. |
[Kравн |
30 87] |
|
|
|
|
30. Дляреакции:
L-глутаминовая кислота пируват -кетоглутаровая кислота L-аланин
константа равновесия при 300 К равна 1,11. В каком направлении будет идти реакция при следующих концентрациях: L-глута- миновая кислота и пируват по 0,00003 моль/л, -кетоглутаровая кислотаи L-аланин по 0,005 моль/л?
[Gр-ции 0; реакцияидетв обратномнаправлении]
31. Дляреакции
H3PO 4 аденозин АМФ H2O,
G 14 кДж/моль. В каком направлении реакция идет самопроизвольно при стандартных условиях? Каково значение константы равновесия?
[Kравн 3 48 10 3; реакция самопроизвольно идет в обратном направлении]
32. Сделайте заключение о практической обратимости реакции при 298 К, рассчитав константу равновесия при 310 К для реакцииАТФ АМФ 2АДФ, если G2 10 кДж/моль.
[Kравн 2 26 1, равновесие незначительно сдвинуто вправо, реакцияпрактическиобратима]
33. Во сколько раз возрастет скорость реакции разложения угольнойкислотыпри310 Кприиспользованиикатализатора (без катализатора Eа 86 кДж/моль; в присутствии карбоангидразы Eа 49 кДж/моль.
[в 1 73 106 раз]
34. Впеченипротекаетферментативный обратимый процесс: глюкозо-1-фосфат глюкозо-6-фосфат
При 37 С равновесная концентрация глюкозо-1-фосфат равна 0 001 моль/л, аглюкозо-6-фосфата — 0 019 моль/л. Рассчитайте
Kравн.
[Kравн 19]
35.ВычислитеэнергиюГиббса G гидролизаАТФдоАДФ
инеорганического фосфата: АТФ H2O АДФ Фн в условиях, характерных для мышечной клетки, находящейся в состо-
янии покоя: c АТФ 0 005 моль/л; |
c АДФ 0 0005 моль/л; |
c Фн |
0 005 моль/л; pH 6 0; t |
25 С. |
Константа равновесия гидролиза при указанной температуре |
равна 8 92 104. |
|
[ G |
46 09 кДж/моль] |
|
36.Взаимодействуетлиалюминийсводой? Нетлиопасности, чтоизделияизалюминия, широкоприменяемыевбытуимедицинскойтехнике, будутразрушатьсяподдействиемводыврезультате
протекания реакции 2Al (т) 6H2O(ж) 3H2 (г) 2AlOH 3 (т) ? Надолислишком тщательно чистить алюминиевые изделия?
[G 0; однакозащитныйслойAl2O3 предохраняеталюминийот разрушения]
37.СравнитестандартныеэнергииГиббсаполногоаэробного
окисленияглюкозы
C6H12O6 (aq) 6O2 (г) 6CO 2 (г) 6H2O(ж) |
(1) |
инеполногоанаэробногоокисленияглюкозыдомолочнойкислоты
C6H12O6 (aq) 2CH 3CHOHCOOH (aq) |
(2) |
Какой процесс является более эффективным с точки зрения использованияглюкозы?
[реакция (1) болееэффективна]
38. НАД иНАДН — окисленнаяивосстановленнаяформы никотинамидадениндинуклеотида. Gр-ции окисленияНАДН:
НАД Н 12 O2 H НАД H2O
равно 259 кДж/моль при 298 К. Пользуясь уравнением изотермы, рассчитайте константу равновесия этой реакции и изме-
нение свободной энергии Гиббса, если |
НАДН |
1 5 10 |
|
2 |
|
моль/л, |
H |
3 10 |
|
5 моль/л, НАД |
4 6 |
10 |
|
3 моль/л и |
|
|
p О2 |
0 2 атм (вместоконцентрации газа подставить вуравнение |
его давление). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[Kравн |
2,5 ּ 1045; G |
|
234 кДж/моль] |
|
|
|
|
|
39.Энергия активации реакции кислотного гидролиза сахарозы при 37 С равна 102 кДж/моль, а в присутствии фермента энергияактивацииснижаетсядо35 кДж/моль. Восколькоразбыстрее протекает реакция гидролиза сахарозы в присутствии фермента?
[в присутствии фермента скорость реакции гидролиза сахарозы возрослав 1 97 1011 раз]
40.Энергия активации реакции разложения спазмолитина
врастворе равна 75 кДж/моль. Рассчитайте температурный коэффициент константы скоростив интервале 20 – 80 С.
[ 2 4]
41. Вычислите энергию активации реакции спиртового броженияглюкозы врастворе в интервале 30 – 70 Спри 2 0. [57,3 кДж]
42.Восколько раз возрастет скорость реакции приповышении температуры от 25 до 85 С, если энергия активации равна 100 кДж/моль? Рассчитайте температурный коэффициент этой реакции.
[в 867 раз; 3 09]
43.При хранении таблеток аналь гина установлено, что константа скорости разложения при 20 С составляет 1 5 10 9 с 1. Определите срок хранения таблеток (время разложения 10% вещества) при 20 С.
[812 5 сут 813 сут]
44. Рассчитайте время разложения 10% спазмолитина в растворе при pH 4 9, T 293 К, если энергия активации процесса разложения равна 75 7 кДж/моль, а период полупревращения при 353 К равен 90 мин. Реакция разложения 1-го порядка.
[при данных условиях разложение спазмолитина происходит за
45ч]
45.Уксусная кислота диссоциирует в водном растворе по уравнению
Рассчитайте константу равновесия этой реакции, если исходная концентрация уксусной кислоты равна 0,4 моль/л, а концентрация ацетат-ионов в состоянии равновесия равна 2 6 10 3 моль/л.
[Kc 1 7 10 5 моль/л]
46. Рассчитайте GÆ процесса |
|
|
аланин глицин |
АТФ АДФфосфаталаниллицин, |
если известно, что GÆ |
ции |
|
|
р |
|
|
АТФ H2O АДФ фосфат |
|
|
составляет 30 5 кДж/моль, а GÆ |
|
|
|
р ции |
|
|
аланин глицин аланилглицин |
|
|
составляет 17 2 кДж/моль. |
|
|
[ GÆ 13 3 кДж/моль] |
|
|
47. Одним из путей метаболизма глюкозы является процесс: |
C6H12O6 р р C3H7COOH ж |
2CO2 |
г 2H2 г |
Пользуясь справочными данными, рассчитайте GÆ, этого процесса. Оцените полученный результат.
[ GÆ 247 8 кДж/моль; HÆ 58 5 кДж/моль;SÆ 646 5 Дж моль К ]
48. При авариях на АЭС появляется изотоп 131I, период полураспада которого составляет 8 сут. Сколько потребуется времени, чтобы активность радионуклида составила 25% от начальной?
[16 сут]