химия + методичка / kontr_z

120. Какие силы межмолекулярного взаимодействия называют ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают эти силы и какова их природа?

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (термохимические расчёты)

При решении задач этого раздела смотреть таблицу 2.

Науку о взаимных превращениях различных видов энергии называют термодинамикой. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, а также направление самопроизвольного течения различных процессов в данных условиях.

При химических реакциях происходят глубокие качественные изменения в системе, рвутся связи в исходных веществах и возникают новые связи в конечных продуктах. Эти изменения сопровождаются поглощением или выделением энергии. В большинстве случаев этой энергией является теплота. Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называют термохимией. Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты, называют экзотермическими, а те, которые сопровождаются поглощением теплоты – эндотермическими. Теплоты реакций являются, таким образом, мерой изменения свойств системы, и знание их может иметь

31

большое значение при определении условий протекания тех или иных реакций.

При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии как проявление более общего закона природы – закона сохранения материи. Теплота Q, поглощенная системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы А:

Внутренняя энергия системы – это общий ее запас, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов, внутриядерную энергию и т.д. Внутренняя энергия – это полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространстве, и без кинетической энергии системы как целого. Абсолютное значение внутренней энергии веществ неизвестно, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии. Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, является ф у н к ц и е й с о с т о я н и я , т.е. ее изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому

Теплота и работа функциями состояния не являются, ибо они служат формами передачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы. При химических реакциях А – это работа против

не зависит от пути, по которому протекает процесс. Отсюда теплота

конечным состояниями системы и не зависит от пути перехода. Нетрудно видеть, что теплота реакции в изохорно-изотермическом

Термохимические расчеты основаны на законе Гесса (1840): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.

Часто в термохимических расчетах применяют следствие из

формулами этих веществ в уравнении реакции.

Пример 1. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора с парами воды образуется жидкий и хлорид водорода. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. Напишите

термохимическое уравнение этой реакции.

Решение. Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также численное значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении , равные изменению энтальпии системы Значение приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой с запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г – газообразное, ж – жидкое, к – кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние вещества очевидно.

33

Если в результате реакции выделяется теплота, то .

Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

.

Пример 2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением:

Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования (см.табл.2).

Решение. Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования 1 моля этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т.е. 25°С (298 К) и 1,013∙105 Па, и обозначают через

H0298. Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то здесь и в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через .

На основании следствия из закона Гесса:

Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю:

Пример 3. При образовании 10,2 г из простых веществ выделяется 166,98 кДж теплоты. Рассчитать стандартную энтальпию

34

образования оксида алюминия. Написать термохимическое уравнение реакции образования

Решение. Составим уравнение реакции таким образом, чтобы в результате получился 1 моль :

Находим количество теплоты, которое выделяется при образовании 1 моля т.е. 102 г, из пропорции:

плота выделяется). Термохимическое уравнение:

. Его можно записать и так:

Пример 4. Вычислить стандартную теплоту образования жидкого бензола по уравнению:

,

используя значения стандартных энтальпий образования веществ. Решение.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

Ответ: -45,76 кДж.

122. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л в пересчете на нормальные условия?

Ответ: -452,37 кДж.

123. Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена , если продуктами сгорания являются диоксид

углерода и пары воды?

Ответ:-9248,8кДж.

124. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования .

Ответ: +49,03 кДж/моль.

125.Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия?

Ответ:-78,97 кДж.

126.Напишите термохимическое уравнение реакции между и водородом, в результате которой образуются и . Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия?

Ответ:-618,48 кДж.

127.При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод . Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

Ответ: +65,43 кДж.

128.Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением

36

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования равна +37,4 кДж/моль.

Ответ:-927,79 кДж.

129. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж/моль.

Ответ: -3052,65 кДж.

130. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моля этана , в результате которой

образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м3 этана в перерасчете на нормальные условия?

Ответ:-63742,86 кДж.

131. При сжигании серы выделилось 73,48 кДж тепла и получилось 16г . Вычислить стандартную энтальпию образования диок-

сида серы SO2.

Ответ: -293,9 кДж/моль.

132. При соединении 2,1 г железа с серой выделилось 3,77 кДж. Рассчитать стандартную энтальпию образования сульфида железа

.

Ответ: -100,5 кДж/моль.

133. При соединении 9 г алюминия с кислородом выделяется

279,15 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования оксида алюминия .

Ответ: -1675 кДж/моль.

134. При разложении 0,5 моля СО2 поглощается 196,75 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования .

Ответ: -393,5 кДж/моль.

37

135. При сжигании 3 г магния выделилось 75,2 кДж тепла. Вычислить стандартную энтальпию образования оксида магния .

Ответ: -601,6 кДж/моль.

136. При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа .

Ответ: -100,26 кДж.

137.Реакция выражается уравнением

При получении 134,4 л , измеренного при стандартных условиях, поглощается 1205,4 кДж теплоты. Вычислить тепловой эффект реакции разложения .

Ответ: +201 кДж/моль.

138. Реакция взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой идет по уравнению

;

Сколько тепла выделится, если для реакции взято 7,8г ? Ответ: -23,42 кДж.

139.По уравнению реакции горения ацетилена

истандартным энтальпиям образования участвующих в реакциях веществ вычислить тепловой эффект реакции и найти, сколько теплоты

выделяется при сгорании 1 м3 , принимая условия нормальными.

38

Ответ: -1255,6 кДж; -56053 кДж/м3:

140. Стандартная энтальпия образования треххлористого фосфора равна -317,8 кДж. Сколько теплоты выделится при образовании

96 г ?

Ответ: - 221,9 кДж.

141. При образовании 39,6 г выделяется 648,2 кДж тепла. Вычислить стандартную энтальпию образования .

Ответ:-1669 кДж/моль.

142. При образовании 8,10 г двухлористой меди выделяется 13,4 кДж тепла. Вычислить стандартную энтальпию образования двухлористой меди .

Ответ: -223,3 кДж/моль.

143. Реакция растворения оксида меди (II) в соляной кислоте идет по уравнению:

Сколько тепла выделится при растворении 100 г ?

Ответ:-79,91 кДж.

144. Горение метана идет по уравнению

Вычислить тепловой эффект реакции по стандартным энтальпиям образования участвующих в ней веществ и найти, сколько теплоты выделится при сжигании 1 м3 метана.

Ответ: -802,2кДж; -35812,5 кДж/м3 .

145. Реакция горения пропана идет по уравнению

Вычислить стандартную энтальпию образования пропана. Ответ: -103,9 кДж/моль.

39

146. Горение серы в гемиоксиде азота идет по уравнению

Вычислить тепловой эффект реакции по стандартным энтальпиям образования веществ и найти, сколько теплоты выделится при сгорании 1 г серы.

Ответ: -230 кДж; -7,2 кДж.

147. Реакция окисления аммиака идет по уравнению

Вычислить тепловой эффект реакции по стандартным энтальпиям образования веществ и найти, сколько теплоты выделится при образовании 4,48 л азота, измеренного при нормальных условиях.

Ответ: -633,1 кДж; -126,6 кДж.

148. Вычислить тепловой эффект реакции

Используя значения стандартных энтальпий образования веществ, найти количество теплоты, которое выделится при взаимодействии

6г .

Ответ: -292,7 кДж; -36,59 кДж.

149. Рассчитать тепловой эффект реакции

,

используя значения стандартных энтальпий образования веществ. От-

вет: -904,74 кДж.

150. Вычислить стандартную энтальпию образования сульфида цинка по уравнению

40