Тема 2. Характеристические функции

1. Определить изменение энтропии и изобарно-изотермического потенциала при стандартных условиях для реакции:

Fe₃0₄ + СО = ЗFeО + С0₂ если стандартные энтропии FeO,CO₂, Fe₃0₄ СО соответственно равны: 58,79; 213,6; 151,46; 197,4 Дж/мольК, а стандартные величины равны: -216,0; -394,89; -1010; -137,4 кДж/моль. Возможен ли данный процесс при стандартных условиях?

Решение.

Вычисляем реакции

Вычисляем реакции:

Так как > 0, то при стандартных условиях данный процесс невозможен.

Ответ:

2. Определите изменение изобарно-изотермического потенциала для реакции Ni + 2Н₂О(_Ж) ⁼ NH₄NO₂ и дайте заключение о возможности ее протекания при стандартных условиях, если G°(H₂0(ж))= -237,5 кДж/моль и G°(NH₄N0₂)=+115,94 кДж/моль.

Решение.

G°=G°(NH₄N0₂)-G°(H₂0(ж))=115,94-2(237,5)=590,94 кДж/моль

Ответ: 590,94 кДж/моль

3. Вычислите стандартное изменение изобарного потенциала Δдля реакции хлорирования метана СН₄ + Сl₂ = СНзС1_(г) + НС1, используя табличные значения ΔН и ΔS для всех веществ, участвующих в данной реакции.

Решение.

Δ

Δ

Ответ: -102,73 кДж/моль

4. Вычислите стандартное изменение изобарного потенциала язя реакции горения ацетона СНз-СО-СНз_(г), ⁺ 40₂= ЗСО₂ + ЗН₂О_ж). Необходимые величины энтальпии и энтропии реагирующих веществ возьмите из справочника.

Решение.

Δ

Δ

Ответ: -1742,9 кДж/моль

5. Выясните возможность получения металлического кадмия из сульфида кадмия (II) восстановлением оксидом углерода (II) по реакции:

2CdS (кр.) +2СO (г.)=CO₂ (г.)+СS₂ (г.)+2Сd

Решение.

для СO₂ (г.)- кДж/моль

для CS₂ (г.)- кДж/моль

для - кДж/моль

для CdS (кр.)- кДж/моль

для СO (г.)- кДж/моль

Воспользовавшись следствием из закона Гесса, получаем:

кДж/моль

Таким образом, данная реакция при нормальных условиях самопроизвольно протекать не может.

Ответ: реакция протекать не может.

6. Установлено, что химические процессы, для которых , можно использовать в химической технологии. Определите температурные границы технологического использования реакции:

C₂H₆ (г.)=С₂H₄ (г.)+H₂ (г.)

Решение.

По данным задачи требуется определить выполнение условия:

Значения и определим, воспользовавшись следствиями из закона Гесса. Находим:

для C₂H₆ (г.) - кДж/моль; Дж/моль ∙К;

для С₂H₄ (г.) - кДж/моль; Дж/моль ∙К;

для H₂ (г.) - кДж/моль; Дж/моль ∙К

Далее, воспользовавшись ранее выведенным выражением, получаем: T136,97/ 120,48=1137 K=868

Ответ: 868

7. Пользуясь зависимостью: (Дж/моль)

Справедливой для неполярных веществ, и принимая пар за идеальный газ, рассчитайте теплоту, работу и изменения энтропии, энтальпии и внутренней энергии при испарении 1 моль нижеприведенных веществ при нормальном давлении:

а) изопрен, б) бензол, в) циклогексан, г) гексан, д) стирол,

Решение.

Дж/моль

Дж/К

25,87=x+1∙8,314∙309∙

X=23,3

кДж

A= кДж

Ответ: для а) 25,87 кДж; 2,55 кДж; 84,21 Дж/К; 25,87 кДж; 23,32 кДж.

8. Рассчитайте ΔG, если температура кипения 351 К для процессов:

C₂H₆O (ж, Р=1,01∙10⁵Па)= C₂H₆O (г, Р=9,09∙10⁴Па),

C₂H₆O (ж, Р=1,01∙10⁵Па)= C₂H₆O (г, Р=1,01∙10⁵Па),

C₂H₆O (ж, Р=1,01∙10⁵Па)= C₂H₆O (г, Р=1,11∙10⁵Па).

Решение.

ΔG₁=RKlnp2/p1=8,314∙351n9,09∙10⁴/1,01∙10⁵=-307,46Дж/моль

ΔG₂=8,314∙351ln1=0

ΔG₃=8,314∙351ln1,11∙10⁵/1,01∙10⁵=275,5 Дж/моль

Ответ: -307,46Дж/моль, 0, 275,5 Дж/моль

9. Вычислить изменение изобарного потенциала для процесса перехода 1 моль жидкого бензола при темпера­туре кипения 80,1°С и давлении P₁ в газообразный при Р₂ и обратно для трех случаев: 1) P₁ = 1,013∙10⁵ н/м² и Р₂=9,11∙10⁴ н/м²; 2) P₁=1,013∙10⁵ н/м² и Р₂ = 1,013∙10⁵ н/м²; 3) Р₁ = 101,3∙10⁵ н/м² и Р₂= 1,114∙10⁵ н/м².

Решение.

1)

2)

3)

Ответ: -311,56;0;-13240,27

10-15. Найти изменение изобарного потенциала при сжа­тии 1 моль указанной жидкости от P₁ до Р₂ при 0°С. Сжимаемостью жидкости в указанном интервале давле­ний пренебречь.

Номер Задачи	Жидкость	Плотность г/см3	Давление, н/м2∙
10	Четырёххлористый Углерод	1,633	1,013	10,13
11	Анилин	1,039	0,506	4,05
12	Нитробензол	1,223	1,013	6,078
13	Хлорбензол	1,128	1,216	9,72
14	Хлороформ	1,526	1,013	8,10
15	Бензол	0,879	1,013	5,065