Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Химия. Методичка1 3928

.pdf
Скачиваний:
137
Добавлен:
27.03.2015
Размер:
1.18 Mб
Скачать

14.

Можно ли при 25 ºС получить диоксид углерода по реакции

 

CaCO3(т) + SO3(г) CaSO4(т) + CO2(г)?

15.

Возможно ли при стандартных условиях горение кальция в ат-

мосфере углекислого газа 2 Са(т) + СО2

2 СаО(т) + С(т)?

16.

Оцените область температур, в которой возможно самопроиз-

вольное течение реакции Na2O(т) + CO2(г)

Na2CO3(т)?

17.

Теплота испарения воды Н2О(ж)

Н2О(г) при 100 oС равна

44.8кДж/моль. Чему равна энтальпия испарения воды?

18.Определите возможность самопроизвольного протекания реак-

ции

Р2О5(т) + 3 Н2О(ж) 2 РН3(г) + 4 О2(г) при стандартных условиях.

19.Исходя из термодинамических данных (см. приложение 4) оп-

ределите, какой из оксидов железа: FeO или Fe2O3 – более устойчив при 25 ºС.

20.Рассчитайте, при каких температурах самопроизвольно протекает реакция

2 NO2(г) N2O4(г), а при каких – реакция N2O4(г) 2 NO2(г)?

21. На основе термодинамических данных определите, можно ли восстановить водородом оксид Cu2O при 25 ºС (Cu2O(т) + Н2(г)

2Cu(т) + Н2О(г)).

22.Вычислите, при каких температурах становится возможным

разложение воды 2 Н2О(г) 2 Н2(г) + О2(г)?

23. В прямом или обратном направлении при 200 ºС протекает реакция

FeSO4(к) + СО2(г). = FeСO3(к) + SO3(г)?

24. Оцените возможность самопроизвольного протекания реакции

СаО(т) + СО2(г) СаСО3(т) при 25 и 2000 ºС.

25. Возможно ли при стандартных условиях самопроизвольное протекание реакции 4 NH3(г) + 3 O2(г) 2 N2(г) + 6 H2O(ж)?

26. В какой области температур протекает реакция разложения

NH4Cl(т) НCl(г) + NH3(г)?

21

27. Возможно ли при стандартных условиях протекание реакции

Na2О(т) + СО2(г) Na2СО3(т)?

28. Какая из двух реакций взаимодействия меди с хлором при стандартных условиях наиболее вероятная:

а) Cu(т) + ½ Cl2(г)

CuCl(т);

б) Cu(т) + Cl2(г)

CuCl2(т)?

29.В какой области температур становится невозможным самопроизвольное протекание реакции 2 СО(г) + O2(г) = 2 СО2(г)?

30.В каком направлении – прямом или обратном – при 25 ºС протекает реакция

 

H2O(ж) + SO3(г) = H2SO4(ж)?

Задание 5. Многовариантные задачи

1.

У какого из веществ – NO или NO2 – энтропия наибольшая? По-

чему?

 

2.

Для трех процессов даны rG0298: 1) –100 кДж/моль;

2) –200 кДж/моль; 3) + 200 кДж/моль. Вероятность самопроизвольного протекания которого из них наибольшая?

3. Стандартные энтальпии образования каких веществ равны нулю?

4. Для определения энтальпии образования оксида цинка Zn + 1/2 O2 = ZnO было сожжено 3.25 г цинка, причем выделилось

17.4кДж тепла. Рассчитайте энтальпию образования ZnO.

5.При каких температурах реакция MgО(т) + СО2(г) = MgСО3(г) может быть самопроизвольной?

6.Не прибегая к вычислениям, определите, в каком из процессов

r S2980 > 0 и почему.

а) COCl2(г) СО(г) + Cl2(г);

б) СаО(т) + Н2О(г)

Са(ОН)2(т);

в) 4 HCl(г) + О2(г)

2 Н2О(г) + 2 Cl2(г).

7.В чем разница между энергией Гиббса и стандартной энергией Гиббса?

8.Не используя вычисления, оцените, как изменится энтропия (уменьшится или увеличится) при проведении следующих процессов:

а) плавлении олова;

б) реакции As2О3(т) + 3 H2O (г) = 2 AsH3(г) + 3 O2(г).

22

9. Что нужно рассчитать для установления возможности самопроизвольного протекания реакции ( rU, rH, rG, rS)?

10.При соединении 2.1 г железа с серой по реакции Fe + S = FeS выделилось 3.6 кДж тепла. Рассчитайте энтальпию образования FeS.

11.При каких температурах – высоких или низких – вероятность

самопроизвольного протекания реакции больше, если rH < 0 и rS < 0? 12. Перечислите термодинамические функции состояния системы.

Зависят ли они от количества вещества?

13. При соединении 9 г алюминия с кислородом Al + 0.75 O2 = = 0.5 Al2O3 выделилось 274.7 кДж тепла. Какова энтальпия образования Al2O3?

14.При растворении соли в воде температура системы понизилась на несколько градусов. Какой это процесс – эндотермический или экзотермический?

15.При окислении SO2 кислородом до SO3 выделяется 98 кДж тепла. Запишите термохимическое уравнение реакции.

16. Если rS > 0, то увеличение или понижение температуры благоприятствует самопроизвольному протеканию реакции?

17.Приведите два пути окисления S до SO3. Составьте энтальпийную диаграмму (схему) процесса.

18.При каких температурах реакция Fe(т) + 0.5 О2(г) = FeО(т) может быть самопроизвольной?

19.Какое количество тепла выделится при взаимодействии 0.2 мо-

ля никеля с серой, если fH0NiS = –79.4 кДж/моль?

20.Возможно ли самопроизвольное протекание при н.у. эндотермической реакции СО(г) = С(графит) + 0.5 О2(г)?

21.Два моля HCl(г) получается из одного моля Н2(г) и одного моля Cl2(г). При этом выделяется 184.6 кДж тепла. Напишите термохимическое уравнение реакции.

22.Реакция А = В проходит с поглощением тепла. Изобразите энергетическую диаграмму реакции.

23.Дано термохимическое уравнение реакции

2 NH3(г) = N2(г) + 1.5 H2(г), rH = 46.9 кДж. Вычислите fH0NН3.

24. Не прибегая к расчетам, оцените, как изменится энтропия (уменьшится или увеличится) при проведении следующих процессов:

а) переходе CO2(г) CO2(ж);

б) реакции SO2(г) + H2O(г) H2SO3(ж).

23

25.

Дано термохимическое уравнение реакции

 

N2(г) + 1,5 H2(г) = NH3(г),

rH0 = –46.9 кДж.

Вычислите

rH при взаимодействии 1 л азота с водородом.

26.

Нагревание или охлаждение системы будет способствовать

протеканию реакции 2 NO2(г)

N2O4(г)?

27.

fG0298

оксидов меди

Cu2O(т)

и CuO(т) равны –150.5 и

–129.4 кДж/моль соответственно. Образование какого из них при окислении меди более вероятно?

28. Для определения энтальпии образования оксида цинка Zn + 1/2 O2 = ZnO было сожжено 3.25 г цинка, причем выделилось

17.4кДж тепла. Рассчитайте энтальпию образования ZnO.

29.Оцените, как изменится энтропия (уменьшится или увеличится) при проведении следующих процессов:

а) переходе I2(тв) I2(г);

б) реакции SO2(г) + Br2(г) + 2 H2O(г) = 2 HBr(г) + H2SO4(ж).

30. При соединении 5 л азота с кислородом 0.5 N2(г) + O2(г) = = NO2(г) израсходовано 34.0 кДж тепловой энергии. Какова энтальпия образования оксида азота ?

Т е м а 4. Кинетика химических реакций

Задание 1

Рассчитайте изменение скорости прямой реакции при одновременном изменении условий реакции (вариант в табл.). Если агрегатное состояние не указано, вещество является газом.

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 6

 

 

 

 

 

 

Номер

 

 

Изменение условий

вари-

Уравнение реакции

сА,

сВ,

Р

Т

анта

 

моль л

моль л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2 А 3 С

 

 

2Р

Т = 30о, = 2

2

А + 2 В С

2сА

2сВ

 

Т = –40о, = 2

3

А(т) + 2 В С + D

 

2сВ

 

Т = –10о, = 3

4

2 А + В С

½сА

½сВ

 

Т = 20о, = 1.5

24

О к о н ч а н и е т а б л. 6

Номер

 

 

 

 

Изменение условий

 

вари-

Уравнение реакции

сА,

сВ,

Р

Т

 

анта

 

 

 

моль л

моль л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

А + 2 В(т)

С

 

 

2Р

Т = 10о, = 3

6

2 А + 3 В

С + D

 

 

3Р

Т = 20о,

= 2.5

7

2 А(т) + 2 В С

 

 

4Р

Т = –20о, = 2

8

2 А(т)

3 С

 

 

2Р

Т = –40о, = 2

9

2 А + 2 В

С + 2 D

½CА

3сВ

 

Т = 20о,

= 1.5

10

2 А + 2 В(т) С + D

 

 

3Р

Т = 10о, = 3

11

3 А + 2 В 2 С + D

2сА

½сB

 

Т = 40о, = 2

12

3 А

С + D

4сА

 

 

Т = 10о,

= 1.5

13

А + В 2С

3сА

½сB

 

Т = 10о, = 3

14

2 А + 2 В

С + 2 D

½сА

2сВ

 

Т = 20о,

= 1.5

15

А(т) + 2 В С + D

 

3сВ

 

Т = –10о, = 3

16

А + 2 В С

 

 

3Р

Т = 10о, = 3

17

А + 2 В(т)

3С

2сА

 

 

Т = –40о, = 2

18

3А(т) + 2 В С + D

 

3сВ

 

Т = 30о, = 2

19

2 А + В

С + 2 D

3сА

2сВ

 

Т = –10о,

= 1.5

20

3 А + В 2 С + D

½сА

3сВ

 

Т = –40о, = 3

21

А(т) + 2 В

С + 3D

 

½сB

 

Т = –30о,

= 1.5

22

2А + 3 В С + D

 

 

2Р

Т = 10о, = 3

23

2А + 2 В 3С

 

 

½Р

Т = –10о, = 2

24

3А(т) + 2 В С + D

 

3сВ

 

Т = –20о, = 3

25

А + 2 В 2С

 

 

½Р

Т = –40о, = 2

26

3А(т) + В

3С + D

 

 

2P

Т = 20о,

= 1.5

27

А(т) + 2 В С + D

 

½сB

 

Т = –10о, = 3

28

2А + В С + D

 

 

3Р

Т = 10о, = 2

29

А + 3 В С + D

 

 

2Р

Т = –30о, = 3

30

2А + В

 

4С

 

 

½Р

Т = –10о,

= 1.5

25

Задание 2. Многовариантные задачи

1.Две реакции при 40 ºС протекают с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой реакции равен 2, а второй 3. Как будут относиться друг к другу скорости реакций при 70 ºС?

2.На сколько градусов нужно уменьшить температуру, чтобы при

=3 скорость реакции 2 А + В С уменьшилась в 27 раз? Во сколько раз нужно изменить давление, чтобы скорость этой реакции изменилась во столько же раз при постоянной температуре?

3.Как изменится скорость прямой реакции по сравнению со ско-

ростью обратной реакции в системе 3 О2 = 2 О3 при разбавлении реагирующей смеси инертным газом в два раза ?

4. Константа скорости реакции 2 А + В С равна 0.8. Начальные концентрации веществ равны с0,А = 2.5 моль/л и с0,В = 1.5 моль/л. В результате реакции через мин концентрация вещества А оказалась равной 0.5 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и скорость реакции через мин.

5. Во сколько раз изменится скорость химической реакции при изменении температуры от 500 до 1000 К, если энергия активации рав-

на 95.5 кДж/моль?

 

6. Рассчитайте скорость реакции N2 + O2

2 NO, если концен-

трации N2 и О2 равны 0.1 моль/л, Т = 200 К,

k0 = 10–5 л/(моль · с),

Еa = 200 кДж/моль.

 

7.Какова энергия активации реакции, если при росте температуры от 330 до 400 К константа скорости выросла в 10 раз?

8.Скорость реакции v = An при увеличении концентрации сA в два раза увеличилась в восемь раз. Чему равен порядок реакции n?

9.Во сколько раз изменится константа скорости химической реакции при изменении температуры от 300 до 500 К, если энергия активации равна 48 кДж/моль?

10. Константа скорости реакции при 20 ºС равна 2 · 10–2, а при

40ºС равна 3.6 · 10–2. Вычислите энергию активации реакции.

11.Введение катализатора понизило энергию активации реакции при 20 ºС на 30 кДж/моль. Во сколько раз возросла скорость реакции?

26

12. Напишите кинетические уравнения для скоростей прямых и обратных реакций:

4 NH3(г) + 3 O2(г) = 6 H2O(ж) + 2 N2(г),

CS2(ж) + 3 O2(г) = CO2(г) + 2 SO2(г),

Fe2O3(т) + 3 CO(г) = 2 Fe(т) + 3 CO2(г).

13. Скорость реакции возросла в 12 раз. На сколько градусов была повышена температура, если = 2.5?

14.В присутствии катализатора энергия активации реакции уменьшается с 99 до 79 кДж/моль. Во сколько раз увеличивается скорость этой реакции?

15.Константа скорости реакции при 20 ºС равна 0.02. Вычислите

константу скорости при 60 ºС, если энергия активации равна 45 кДж/моль.

16. Рассчитайте начальную скорость реакции N2 + O2 2 NO, если константа скорости k равна 2 · 10–5 с–1, а концентрации азота и кислорода равны по 0.2 моль/л, и скорость через некоторое время, когда концентрация азота в результате реакции уменьшилась до 0.1 моль/л.

17.Константа скорости реакции при 20 ºС равна 0.03, энергия активации равна 34 кДж/моль. Вычислите константу скорости при 40 ºС.

18.Чему равен порядок реакции n, если скорость реакции v = kcnA

при увеличении концентрации сA в три раза увеличилась в девять раз?

19.Вычислите температурный коэффициент , если при повышении температуры от 25 до 65 ºС скорость реакции возросла в 128 раз.

20.Константа скорости реакции при 300 К равна 0.03, а при 400 К – 3. Вычислите энергию активации.

21. Вычислите начальную скорость реакции 2А + 2В

С + D, ко-

гда начальные концентрации веществ равны с0,А = 1.5

моль/л и

с0,В = 2.5 моль/л, и скорость через некоторое время, когда концентрация вещества В в результате реакции уменьшилась на 0.5 моль/л. Константа скорости реакции равна 2 · 10–3.

22. Напишите кинетические уравнения для скоростей прямых и обратных реакций:

6 H2O(ж) + 2 N2(г) = 4 NH3(г) + 3 O2(г),

2 AsH3(г) + 3 O2(г) = As2О3(т) + 3 H2O (г),

2 Al(т) + 3 H2O(г) = Al2O3(т) + 3 H2(г).

27

23.При повышении температуры на 70 ºС скорость реакции выросла в 3000 раз. Рассчитайте температурный коэффициент .

24.Энергии активации двух реакций равны 30 и 40 кДж/моль, множители Аррениуса (предэкспоненциальные множители) – 2 · 10–3 и 4 · 10–4. Как относятся друг к другу скорости этих реакций при температуре 23 ºС?

25. Две реакции А В и С D при комнатной температуре идут с одинаковой скоростью. Введение катализатора понизило энергию ак-

тивации реакции А

В на 50 кДж/моль, а реакции С

D на

20 кДж/моль. Во сколько раз изменились скорости этих реакций?

 

26. Во сколько раз изменится скорость реакции 2А + 2В

С + D

при одновременном повышении давления в системе в три раза и пони-

жении температура на 40 ºС? Температурный коэффициент = 3.

 

27.

Во сколько раз следует увеличить давление в системе,

чтобы

скорость реакции 2NО + O2 2NO увеличилась в 1000 раз?

 

28.

Во сколько раз изменится скорость реакции 3H2 + N2

2NH3

при повышении температуры от 300 до 400 К, если энергия активации равна 74 кДж/моль?

29.При повышении температуры от 300 до 400 К скорость реакции увеличилась в 300 раз. Вычислите энергию активации реакции.

30.При температуре 300 К введение катализатора понизило энергию активации с 65 до 55 кДж/моль. Как нужно увеличить температуру, чтобы скорость реакции увеличилась во столько же раз без введения катализатора?

Т е м а 5. Химическое равновесие

Задание 1. Термодинамика химического равновесия

Для реакций, приведенных в табл. 5 задания 2 из темы 3, запишите выражение для константы равновесия и вычислите значение константы равновесия при 25 ºС, воспользовавшись данными о термодинамических функциях в приложении 4.

28

Задание 2

Даны уравнения реакций и концентрации веществ. Обозначения: с0 – исходная концентрация, [ ] – равновесная концентрация, спрор – концентрация прореагировавшего вещества. Исходные концентрации веществ С и D равны нулю. Все концентрации заданы в моль/л. Определите концентрации для незаполненных клеток (табл. 7).

Т а б л и ц а 7

Но-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мер

Уравнение

 

с0,А

с0,В

[A]

[B]

[C]

[D]

спрор, А

вари-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

анта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

А

3 С + D

1

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

А + 2

В(т)

2 С

1

 

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

А(т) + 2 В С + D

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

А + В 3 С(т) + D

2

1

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

А(т) + 2 В

2 С + D

 

0.5

 

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

2 А + 3 В С + D

3

4

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

2

А +

2 В(т)

С

2

 

 

 

 

0.25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

2

А 3 С + 2 D

0.5

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

2

А +

2 В

С + 2 D

1

1

0.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

2 А(т) + 2 В С + D

 

3

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

3

А +

2 В

2 С + D

1

 

 

1

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

3

А

С + D

2

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

2 А + B 3 С + D

 

4

1

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

А + 2

В(т)

2 С

1

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

А + 2

В(т)

С + D

1

 

 

 

 

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

2

А +

В 3 С(т) + D

 

2

0.5

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

А + 2

В(т)

2 С + D

1

 

 

 

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

2

А +

3 В

С + D

 

0.3

1

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

2

А(т) + 2 В

С

 

0.5

 

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

2

А 3 С + 2 D

0.4

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

О к о н ч а н и е т а б л. 7

Но-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мер

Уравнение

 

с0,А

с0,В

[A]

[B]

[C]

[D]

спрор, А

вари-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

анта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

2 А + 2 В С + 2 D

 

3

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

2 А + 2 В(т)

С + D

4

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

3

А + 2

В

2 С + D

3

2

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

2 А + B С + D

2

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

А(т) + 2 В 2 С + D

 

4

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

2

А + 3

В

С + D

2

2

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

2 А(т) + 2 В С

 

3

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

2

А 3 С + 2 D

2

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

2

А + 2

В

С + 2 D

3

 

0.5

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

2

А + 3

В(т)

С + D

4

 

 

 

1.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 3. Вычисления химического равновесия

1. Константа равновесия гетерогенной реакции FeO(тв) + CO(г) = = Fe(тв) + CO2(г) равна 0.5. Чему равны равновесные концентрации СО и СО2, если их начальные концентрации равны соответственно 0.05

и0.01 моль/л?

2.Константа равновесия Кp реакции N2O4 = 2 NO2 равна 1.27. Каковы концентрации N2O4 и NO2 в равновесной смеси, если суммарная равновесная концентрация, т. е. [N2O4] + [NO2], равна 1 моль/л?

3.Были смешаны 1 моль/л СО и 0.5 моль/л Cl2. К моменту достижения равновесия образовалось 0,2 моль/л COCl2. Определите кон-

станту равновесия реакции СО + Cl2 = COCl2 (с0,СOCl2 = 0).

4.Константа равновесия реакции SO2Cl2 = SO2 + Cl2 равна 2.9 · 10–2. Вычислить равновесные концентрации всех веществ, если начальная

концентрация SO2Cl2 была равна 0.5 моль/л, а начальные концентра-

ции SO2 и Cl2 – 0.

5.Вычислите равновесные концентрации Н2 и Cl2 в реакции H2(г) + Cl2(г) = 2HCl(г), если их начальные концентрации составляли по

0.08моль/л, а равновесная концентрация НС1 = 0.074 моль/л. Вычислите константу равновесия.

30