Жильцов В.В. Методические указания к решению задач на семинарах по основам химической термодинамики
.pdfПри расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.
20. Определите тепловой эффект химической реакции при 400 К.
C2H6 (г) + H2 (г) = 2CH4 (г)
При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.
21. Определите тепловой эффект химической реакции при 450 К.
2C2H5OH (г) = C4H6 (г) + 2H2O (г) + H2 (г)
При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.
22.Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.
C6H5CH3 (г) + 4H2 (г) = C7H16 (г)
При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.
23.Определите тепловой эффект химической реакции при 400 К.
CO2 (г) + 4H2 (г) = 2H2O (г) + CH4 (г)
При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.
24. Определите тепловой эффект химической реакции при 450 К.
CO (г) + 2H2 (г) = CH3OH (г)
При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.
25. Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.
CH4 (г) + H2O (г) = CO (г) + 3H2 (г)
При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.
26. Определите тепловой эффект химической реакции при 400 К.
2CH4 (г) + O2 (г) = 2CO (г) + 4H2 (г)
При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур
11
www.mitht.ru/e-library
от 298 до 500 К.
3. ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ
Типовая задача с решением
Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, что тепловой эффект реакции равен 202,95 кДж/моль.
СН4 (г) + 2H2S (г) = CS2 (ж) + 4H2 (г)
Решение.
По справочнику находим стандартные значения абсолютной энтропии (S298 )
веществ, участвующих в реакции:
|
|
|
Вещество |
|
CH4 |
H2S |
CS2 |
H2 |
|
S298 |
, Дж/(моль К) |
|
186,19 |
205,70 |
151,04 |
130,52 |
|
r S298 |
j (S298 )j(КОН ) i |
(S298 )i(ИСХ ) . |
|
|
|
|||
ji
r S298 (151,04+ 4 130,52) – (186.19 + 2 205,70) 75,53 Дж/(моль К).
rG298 r H298 T r S298 .
rG298 202950 – 298,15 75,53 180430,731 Дж/моль.
rG298o >0.
Следовательно, реакция при данных условиях невозможна
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –175,97кДж/моль.
NН3 (г) + HCl (г) = NH4Cl (т)
2.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен 247,36 кДж/моль.
СН4 (г) + С02 (г) = 2СО (г) + 2Н2 (г)
12
www.mitht.ru/e-library
3.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен 184,03 кДж/моль.
С02 (г) + S02 (г) = S03 (г) + СО (г)
4.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –41,88 кДж/моль.
SO2 (г) + NO2 (г) =SO3 (г) +NO(г)
5.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен 84,97 кДж/моль.
2СН4 (г)+С02 (г)=СН3СОСН3 (г)+Н20(г)
6.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен 44,04 кДж/моль.
С2Н5ОН (ж) = С2Н4 (г) + Н20 (ж)
7.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если
известно, чтотепловой эффект реакции равен –108,97кДж/моль.
СО (г) + Cl2 (г) = С0Сl2 (г)
8.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен -206,07 кДж/моль.
С6Н6 (г)+3Н2 (г)=С6Н12 (г)
9.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если
известно, чтотепловой эффект реакции равен -206,13 кДж/моль.
С0(г)+3Н2 (г)=СН4 (г)+H2O(г)
10.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен -150,94 кДж/моль.
С2Н2 (г) + H20 (г) = СН3СНО (г)
11.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен 65,13 кДж/моль.
ZnO (тв ) + СО (г) = Zn (тв) + CO2 (г)
12.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен -41,17 кДж/моль.
13
www.mitht.ru/e-library
СО (г) + Н20 (г) = С02 (г) + Н2 (г)
13.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –74,85 кДж/моль.
С (графит) + 2Н2 (г) = СН4 (г)
14.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –197,90кДж/моль.
2S02 (г)+02 (г)=2SO3 (г)
15.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –91,88 кДж/моль.
3Н2 (г) + N2 (г) = 2NH3 (г)
16.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –66,27 кДж/моль.
S02 (г)+Cl2 (г)=S02Cl2 (г)
17.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –207,32кДж/моль.
3H2 (г)+S02 (г)=H2S(г)+2Н2О(г)
18.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен 9,71 кДж/моль.
2HI (г) = Н2 (г) + I2 (г)
19.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –71,36 кДж/моль.
2CH4 (г) + O2 (г) = 2CO (г)+ 4H2 (г)
20.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен 206,13 кДж/моль.
CH4 (г) + H2O (г) = CO (г)+ 3H2 (г)
21.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –90,47 кДж/моль.
CO (г) + 2H2 (г) = CH3OH (г)
22. Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если
14
www.mitht.ru/e-library
известно, чтотепловой эффект реакции равен –165,96кДж/моль.
CO2 (г)+ 4H2 (г)= 2H2O (г)+ CH4 (г)
23.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –237,78кДж/моль.
C6H5CH3 (г) + 4H2 (г) =C7H16 (г)
24.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если
известно, чтотепловой эффект реакции равен 96,14 кДж/моль.
2C2H5OH (г)= C4H6 (г)+ 2H2O (г)+ H2 (г)
25.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25оС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –65,03 кДж/моль.
C2H6 (г) + H2 (г) = 2CH4 (г)
26.Сделать вывод о возможности протекания реакции при р = 1 атм и t = 25oС, если известно, чтотепловой эффект реакции равен –303,33кДж/моль.
CH4 (г) + 3Cl2 (г) = CHCl3 (г) + 3HCl (г)
4. ТЕРМОДИНАМИКА ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
4.1. Вычисление константы равновесия химической реакции при 25оС
Типовая задача с решением
Определите константу равновесия при постоянном давлении Kp
при 25oС для реакции:
СН4 (г) + 2H2S (г) = CS2 (ж) + 4Н2 (г)
Решение.
Константу равновесия Kp определяем из уравнения:
G
rG298 RT ln Kp , откуда ln Kp r 298 .
RT
Изменение стандартной энергии Гиббса rG298 можно рассчитать по
15
www.mitht.ru/e-library
уравнению rG298 r H298 T r S298 .
Для данной реакции rG298 |
180440 Дж/моль (смотри решение |
||
типовой задачи в разделе 3). |
|
||
ln Kp |
180440 |
72,7927, |
Kp 2,435 10 32. |
|
|||
|
8,314 298,15 |
|
|
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
NН3 (г) + HCl (г) = NH4Cl (т)
2.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
СН4 (г) + С02 (г) = 2СО (г) + 2Н2 (г)
3.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
С02 (г) + S02 (г) = S03 (г) + СО (г)
4.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
SO2 (г) + NO2 (г) =SO3 (г) +NO(г)
5.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
2СН4 (г)+С02 (г)=СН3СОСН3 (г)+Н20(г)
6.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
С2Н5ОН (ж) = С2Н4 (г) + Н20 (ж)
7.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
СО (г) + Cl2 (г) = С0Сl2 (г)
8. Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
16
www.mitht.ru/e-library
при 25oС для реакции:
С6Н6 (г)+3Н2 (г)=С6Н12 (г)
9.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
С0(г)+3Н2 (г)=СН4 (г)+H2O(г)
10.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
С2Н2 (г) + H20 (г) = СН3СНО (г)
11.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
ZnO (тв) + СО (г) = Zn (тв) + CO2 (г)
12.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
СО (г) + Н20 (г) = С02 (г) + Н2 (г)
13.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
С (графит) + 2Н2 (г) = СН4 (г)
14.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
2S02 (г)+02 (г)=2SO3 (г)
15.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
3Н2 (г) + N2 (г) = 2NH3 (г)
16.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
S02 (г)+Cl2 (г)=S02Cl2 (г)
17.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
3H2 (г)+S02 (г)=H2S(г)+2Н2О(г)
17
www.mitht.ru/e-library
18.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
2HI (г) = Н2 (г) + I2 (г)
19.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
2CH4 (г) + O2 (г) = 2CO (г) + 4H2 (г)
20.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
CH4 (г) + H2O (г) = CO (г) + 3H2 (г)
21.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
CO (г) + 2H2 (г) = CH3OH (г)
22.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
CO2 (г) + 4H2 (г)= 2H2O (г) + CH4 (г)
23.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
C6H5CH3 (г) + 4H2 (г) = C7H16 (г)
24.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
2C2H5OH (г) = C4H6 (г) + 2H2O (г) + H2 (г)
25.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
C2H6 (г) + H2 (г) = 2CH4 (г)
26.Определите константу равновесия при постоянном давлении (Кр)
при 25oС для реакции:
CH4 (г) + 3Cl2 (г) = CHCl3 (г) + 3HCl (г)
18
www.mitht.ru/e-library
4.2. Зависимость константы равновесия от температуры.
Уравнение изобары Вант-Гоффа
Типовая задача с решением
Tепловой эффект реакции в области 600-900 К равен –42,74 кДж/моль.
СО (г) + Н20 (г) = CO2 (г) + H2 (г)
Рассчитайте константу равновесия Кp при T = 800 К, если при Т= 690 К Кp=10.
Решение.
Зависимость константы равновесия от температуры выражается уравнением изобары Вант-Гоффа:
|
|
Kp,2 |
|
H |
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
ln K |
|
|
R |
T |
|
T |
, |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p,1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
откуда |
lnKp,2 |
lnKp,1 |
|
|
H |
1 |
|
1 |
||||||||||||
|
|
|
R |
T |
T . |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
lnKp,2 |
ln10 |
42740 |
|
1 |
|
1 |
|
|
, |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
8,314 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
690 |
800 |
|
|
|||||||||
lnKp,2 |
1,2782, откуда Kp,2 |
3,59. |
|
|
||||||||||||||||
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1. Тепловой эффект реакции в области 1700-2700 К равен 182,09 кДж/моль.
N2 (г) + 02 (г) = 2N0 (г)
Рассчитать константу равновесия Кp при 1700 К, если при 2200 К Кp= 11 10-4. 2. Тепловой эффект реакции в области 1700-2700 К равен 182,09 кДж/моль.
|
N2 (г) + 02 |
(г) = 2N0 (г) |
|
|
Рассчитать константу равновесия Кp при 1800 К, если при 2200 |
К Кp= 11 10-4. |
|
3. |
Тепловой |
эффект реакции в области 1700-2700 К равен |
182,09 кДж/моль. |
|
N2 (г) + 02 |
(г) = 2N0 (г) |
|
|
Рассчитать константу равновесия Кp при 1900 К, если при 2200 |
К Кp= 11 10-4. |
|
4. |
Тепловой |
эффект реакции в области 1700-2700 К равен |
182,09 кДж/моль. |
|
|
19 |
|
www.mitht.ru/e-library
N2 (г) + 02 (г) = 2N0 (г)
Рассчитать константу равновесия Кp при 2000 К, если при 2200 К Кp= 11 10-4. 5. Тепловой эффект реакции в области 1700-2700 К равен 182,09 кДж/моль.
N2 (г) + 02 (г) = 2N0 (г)
Рассчитать константу равновесия Кp при 2100 К, если при 2200 К Кp= 11 10-4. 6. Тепловой эффект реакции в области 1700-2700 К равен 182,09 кДж/моль.
N2 (г) + 02 (г) = 2N0 (г)
Рассчитать константу равновесия Кp при 2300 К, если при 2200 К Кp= 11 10-4. 7. Тепловой эффект реакции в области 1700-2700 К равен 182,09 кДж/моль.
|
N2 (г) + 02 (г) = 2N0 |
(г) |
|
|
|
|
Рассчитать константу равновесия Кp при 2400 К, если при 2200 |
К Кp= 11 10-4. |
|||
8. |
Тепловой эффект реакции |
в области 1700-2700 К равен |
182,09 кДж/моль. |
||
|
N2 |
(г) + 02 (г) = 2N0 |
(г) |
|
|
|
Рассчитать константу равновесия Кp при 2500 К, если при 2200 |
К Кp= 11 10-4. |
|||
9. |
Тепловой эффект реакции |
в области 1700-2700 К равен |
182,09 кДж/моль. |
||
|
N2 |
(г) + 02 (г) = 2N0 |
(г) |
|
|
|
Рассчитать константу равновесия Кp при 2600 К, если при 2200 |
К Кp= 11 10-4. |
|||
10. |
Тепловой эффект реакции |
в области 1700-2700 К равен |
182,09 кДж/моль. |
||
|
N2 |
(г) + 02 (г) = 2N0 |
(г) |
|
|
|
Рассчитать константу равновесия Кp при 2700 К, если при 2200 |
К Кp= 11 10-4. |
|||
11. |
Тепловой эффект реакции |
в области 1000-1700 К равен –87,864 кДж/моль. |
|||
|
H2 |
(г) + 1/2S2 (г) = H2S (г) |
|
|
|
Рассчитать константу равновесия Кp при 1100 К, если при 1023 К Кp= 1,059 10-2. 12. Тепловой эффект реакции в области 1000-1700 К равен –87,864 кДж/моль.
H2 (г) + 1/2S2 (г) = H2S (г)
Рассчитать константу равновесия Кp при 1200 К, если при 1023 К Кp= 1,059 10-2. 13. Тепловой эффект реакции в области 1000-1700 К равен –87,864 кДж/моль.
H2 (г) + 1/2S2 (г) = H2S (г)
Рассчитать константу равновесия Кp при 1300 К, если при 1023 К Кp= 1,059 10-2.
20
www.mitht.ru/e-library