3.8. Задачи для самостоятельного решения

1. Пользуясь табличными данными, вычислите тепловые эффекты следующих реакций:

а) CH₄(г.) + 2 O₂(г.) = CO₂(г.)+ 2H₂O(г.);

б) Fe₂O₃(к.) + 2 Al(к.) = Al₂O₃(к.) + 2 Fe(к.);

в) MgCO₃ (к.) = MgO(к.) + CO₂ (г.).

г) 4NH₃(г) + 5О₂(г) = 4NO(г) + 6Н₂О(г)

Какие из этих реакций будут экзотермическими, какие – эндотермическими?

2. Приведены термодинамические уравнения химических реакций получения НBr(г):

H_2(г) + Br_2(ж) = 2HBr(г), ∆Н⁰ = -72 кДж;

½H_2(г) + ½Br_2(г) = HBr(г), ∆Н⁰ = -21 кДж;

H_(г) + Br_(ж) = HBr(г), ∆Н⁰ = -366 кДж;

½H_2(г) + ½Br_2(ж) = HBr(г), ∆Н⁰ = -36 кДж.

Какое из приведенных значений ∆Н⁰ можно принять непосредственно в качестве стандартной энтальпии образования HBr(г)? Объсните, почему другие из указанных значений не равны искомой величине.

3. Вычислите энтальпию реакции

1/4Р_4(г) + 5/2Сl_2(г) = PCl_5(к),

если известны энтальпии следующих реакций:

P_(к) + 3/2 Сl_2(г) = PCl_3(к), ∆Н⁰ = -287 кДж;

PCl_3(к) + Сl_2(г) = PCl_5(к), ∆Н⁰ = -56 кДж;

4P_(к) = P_4(г), ∆Н⁰ = +128,9 кДж.

4. Вычислить изменение стандартной энтропии для реакций

а) H₂(г.) + Br₂(г.) = 2 HBr(г.);

б) H₂(г.) + Br₂(ж.) = 2 HBr(г.);

в) CO(г.) + 1/2O₂(г.) = CO₂(г.);

г) C(графит) + O₂(г.) = CO₂(г.).

Как можно объяснить значительное различие в изменении энтропии для реакций а) и б), а также в) и г)?

5. Укажите знаки Н, Sº и ΔG для следующих процессов:

а) расширение идеального газа в вакуум;

б) испарение воды при 100ºС и парциальном давлении паров воды 101,3 кПа (760 мм рт.ст.);

в) кристаллизация переохлажденной воды.

6. Не проводя расчета, определите качественно, в каких химических реакциях ΔS реакции будет < 0; = 0; > 0.

а) 2H₂(г.) + O₂(г.) = 2H₂O(г.);

б) 2H₂(г.) + O₂(г.) = 2H₂O(ж.);

г) N₂ (г.) + 3H₂(г.) = 2NH₃(г.);

д) CaO(к.) + CO₂(г.) = CaCO₃(к.);

е) 4Fe(к.) + 3O₂(г.) = 2Fe₂O₃(к.);

ж) N₂O₄(г.) = 2NO₂(г.);

з) N₂(г.) + O₂(г.) = 2NO(г.).

7. Для галогенидов алюминия в газообразном состоянии характерно образование димеров. Будет ли самопроизвольно протекать реакция 2AlBr₃(г) = Al₂Br₆(г)? Ответ подтвердите расчетом реакции.

8. Можно ли считать NH₄NO₃ устойчивым соединением? Распад соли возможен по уравнению

NH₄NO₃(к) = N₂(г) + 1/2O₂(г) + 2H₂O(г).

Ответ подтвердите расчетом реакции.

9. Возможно ли использовать металлический магний для получения металлического титана, восстанавливая хлорид титана магнием

TiCl₄(ж) + 2 Mg(к) = Ti(к) + 2MgCl₂(к)?

Ответ подтвердите расчетом реакции.

10. Вычислите значения ΔG₂₉₈ следующих реакций восстановления оксида железа (II):

а) FeO(к.) + ½ C(графит) = Fe(к.) + ½ CO₂ (г.);

б) FeO(к.) + C(графит) = Fe(к.) + CO(г.);

в) FeO(к.) + CO(г.) = Fe(к.) + CO₂ (г.).

Протекание какой из этих реакций наиболее вероятно?

11. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: CaO, FeO, CuO, PbO, Fe₂O₃, Cr₂O₃?

Тема 4. Химическая кинетика и химическое равновесие

Как было показано ранее, химическая термодинамика позволяет предсказать принципиальную возможность или невозможность самопроизвольного течения реакции. Однако, знание рассмотренных закономерностей еще недостаточно, чтобы предсказать реальную возможность химической реакции, определить скорость реакции и ее механизм, а также управлять процессом. Быстрота реакции зачастую не связана со значением ее энергии Гиббса. Например, термодинамическая вероятность реакции окисления водорода до воды

Н₂ + 1/2О₂ = Н₂О(ж), ΔG⁰₂₉₈ = - 237,2 кДж/моль

Значительно выше, чем вероятность реакции нейтрализации с образованием воды

Н⁺ + ОН^- = Н₂О(ж), ΔG⁰₂₉₈ = - 79,9 кДж/моль.

В то же время первая реакция в обычных условиях без катализатора практически не идет, а вторая идет практически мгновенно. Скорость и механизм химических реакций изучает химическая кинетика.