Список рекомендуемой литературы

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М.: Высшая школа, 2002.-743 с.

2. Глинка Н.Л., Ермаков А.И. Общая химия.-М.:Интеграл-пресс,2004.- 728с.

3. Карапетъянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия.- М.: Химия, 2000. – 532 с.

4. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. – М.: Химия, 1987. – 320 с.

Задание 2 по теме: «термохимия. Направление химических реакций»

1. Примеры решения задач

1. ВЫЧИСЛЕНИЕ СТАНДАРТНЫХ ТЕПЛОТ ОБРАЗОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ И ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Расчет стандартной теплоты образования веществ

Пример 1. Вычислите стандартную теплоту образования этана, если известна теплота его сгорания: ΔН^о_сгор.= –1560 кДж/моль.

Решение: Напишем уравнение реакции таким образом, чтобы перед формулой этана стехиометрический коэффициент был равен 1:

С₂Н₆ + 3,5О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О

ΔН^о_{обр.,кДж} 0 2·(–393)· 3·(–286)

ΔН^о_сгор.= ΔН^о_р. = (–286)·3+ (–393)·2 – ΔН^о_обр. = –1560 кДж/моль,

ΔН^о_обр. = 1560 – 286·3 – 393·2 = –84 кДж/моль.

Пример 2. Определите стандартную теплоту образования этилового спирта, если теплоты сгорания углерода, водорода и этилового спирта соответственно равны:

–393,51; –285,84; –1366,91 кДж/моль.

Решение: Стандартная теплота образования вещества равна теплоте реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ при стандартных условиях.

Образование этилового спирта из простых веществ можно представить так: 2С + 3Н₂ + ¹/₂О₂ = С₂Н₅ОН. Углерод сгорает до СО₂, водород – до Н₂О, а этиловый спирт–до СО₂ и Н₂О. Следовательно, для определения стандартной теплоты образования C₂H₅ОH составим следующий цикл Гесса:

1 2С + 2О₂ = 2СО₂ –393,51·2

2 3Н₂+ ³/₂О₂ = 3Н₂О –285,84·3

3 2СО₂+ ЗН₂О = С₂Н₅ОН + 3О₂ +1366,91

(1) + (2) + (3)

2С + 3Н₂ + ¹/₂О₂ = С₂Н₅ОН –277,6 кДж/моль

–393,51·2 –285,84·3 + 1366,91 = –277,6

Стандартная теплота образования этилового спирта равна:

ΔН^о₂₉₈ = –277,6 кДж/моль.

Расчет теплового эффекта реакции по стандартным теплотам образования реагирующих веществ

Пример 3. Определите количество теплоты, выделяющееся при гашении 100 кг извести водой, если стандартные теплоты образования реагирующих веществ равны (кДж/моль): ΔН^о (СаО_(к))= –635,1; ΔН^о (Са(ОН)_2(к))= –986,2;

ΔН^о (Н₂О_(ж)) = –285,84.

Решение: Реакция гашения извести: СaO + H₂О = Са(ОН)₂. Тепловой эффект реакции равен:

∆Hº_p = Σ∆Hº_{обр.(прод.)} – Σ∆Hº_{обр.(исх..)}

ΔН^о_р. = ΔН^о (Са(ОН)_2(к)) –[ΔН^о (СаО_(к))+ ΔН^о (Н₂О_(ж))]

= –986,2+635,1 +285,84 = –65,3 кДж/моль.

Тепловой эффект реакции рассчитан на 1 моль СаО, т.е. на 56 г СаО. При гашении 100 кг СаО выделяется тепловая энергия:

56 г СаО — (–65,3) кДж

100 000 г СаО — х кДж

х = (100 000·(–65,3)) /56 = –1,16·10⁵ кДж.

Расчет теплового эффекта реакции по стандартным теплотам сгорания реагирующих веществ

Пример 4. Определите тепловой эффект реакции синтеза акриловой кислоты:

+ СО+ Н₂О_(ж) → СН₂=СН–СООН_(ж),

если стандартные теплоты сгорания ацетилена, оксида углерода и акриловой кислоты соответственно равны (кДж/моль): –1299,63, –282,50 и –1370,0.

Решение: Из закона Гесса следует, что тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот сгорания исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции (ΔН^о_сгор..н₂о=0, так как Н₂О – высший оксид);

∆Hº_p = Σ∆Hº_{сгор.(исх.)} – Σ∆Hº_{сгор.(прод.)}

ΔН^о = ΔН^о_сгор.(СН=СН) + ΔН^о_сгор.(СО) – ΔН^о_сгор. (СН₂=СН–СООН_(ж))=

–1299,63 – 282,50 + 1370,0 = –212,13 кДж/моль.

2. ВЫЧИСЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ГИББСА

Определение возможности протекания процесса по величине изменения энергии Гиббса

Пример 1. Возможна ли следующая реакция в стандартных условиях:

t

SiО_{2 (к)} + 2NaОH _(p) = Na₂SiО_{3 (к)} + Н₂О _(ж),

если ΔG^о(SiО_{2 (к)}) = –803,75 кДж/моль; ΔG^о (Na₂SiО_{3 (к)})= –1427,8 кДж/моль;

ΔG^о (NaОH_(p)) = –419,5 кДж/моль; ΔG^о (Н₂О _(ж)) = –237,5 кДж/моль?

Можно ли выпаривать щелочь в стеклянном сосуде?

Решение: Изменение энергии Гиббса ΔG^о₂₉₈ реакции равно:

ΔG^о = ΣG^о_прод. – ΣG^о_исх.;

ΔG^о₂₉₈ = (–1427,8 – 237,5) – (–803,75 –419,5·2)= –22,55 кДж;

ΔG^о₂₉₈ = –22,55 кДж (т. е. ΔG<0), а следовательно, данная реакция возможна. Щелочь нельзя выпаривать в стеклянном сосуде, так как в состав стекла входит SiО₂.

Пример 2. Вычислить ΔG^о для реакции

2Н_{2 (г)}+О_{2 (г)} 2Н₂О_(г)

при 298, 500, 1000, 1500 К. Зависимостью ΔН^о и ΔS^o от температуры пренебречь. Построить график зависимости ΔG^о от температуры и найти по графику температуру, ниже которой указанная реакция в стандартных условиях может протекать самопроизвольно.

Решение: Согласно уравнению ΔG = ΔН – TΔS влияние температуры на ΔG определяется знаком и величиной ΔS. Если пренебречь влиянием Т на значения ΔН и ΔS, то приведённая зависимость ΔG =ƒ(T) является уравнением прямой, наклон которой определяется знаком ΔS. При ΔS>0 прямая идет вниз, при ΔS<0 – вверх.

Определим величину ΔН°₂₉₈ (исходные данные берем из таблицы1):

∆Hº_p = Σ∆Hº_{обр.(прод.)} – Σ∆Hº_{обр.(исх..)}

ΔН°₂₉₈ = 2ΔН°_обр.(H₂O) – (2ΔН°_обр.(H₂) + 2ΔН°_обр.(O₂) = 2ΔН°_обр.(H₂O) =

=2(-241,84) = –483,68 (кДж) (на 2 моль H₂O)

ΔН°_обр.(Н₂О) = 0,5(–483,8) = –241,89 кДж/моль<0.

Следовательно, реакция экзотермическая.

Определим изменение энтропии данной реакции в стандартных условиях ΔS°₂₉₈ (исходные данные берем из таблицы 1):

ΔS^о = ΣS^о_прод. – ΣS^о_исх.:

ΔS°₂₉₈= 2S°_298.(H₂O) – [2S°_298.(H₂) + S° _298.(O₂)]= 2·188,74 – (2·130.6 + 205) =

–98,6(Дж/ К) = –0,0986(кДж/ К) < 0, ΔG =ƒ(T) прямая идет вверх.

Определим изменение энергии Гиббса ΔG°₂₉₈ в стандартных условиях (исходные данные берем из табл.1): ΔG^о = ΣG^о_прод. – ΣG^о_исх.;

ΔG°₂₉₈ = 2ΔG°_298.(H₂O) – [2ΔG°₂₉₈(H₂) – ΔG°₂₉₈(O₂)] = 2(–228,8) = –457,6 кДж.

Отрицательная величина ΔG°₂₉₈ свидетельствует о том, что в стандартных условиях реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.

ΔG°₂₉₈ = ΔН°₂₉₈ – 298·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 298·(–0,0986) = –457,6кДж

ΔG°₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 500·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 500·(–0,0986) = –434,38кДж

ΔG°₁₀₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 1000·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 1000·(–0,0986) = –385,08кДж

ΔG°₁₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 1500·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – I500·(–0,0986) = –335,78 кДж

Построим график ΔG°_Т =f(Т):

ΔG°_Т

Температура перехода ~4500 К.