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?

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.

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.

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.

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

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.)

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,

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).

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.

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

Ответ: 85,98 Дж; 31,72 Дж; 50,94 Дж; 84,81 Дж; 7,087 Дж; 35,96 Дж

16. При 25°С энтропии ромбической и моноклиниче­ской серы соответственно равны 31,88 и 32,55 дж/г∙атом∙град, а теплоты образования равны 0,00 и 0,30 кдж/г∙атом. Рассчитать ΔG и ΔF для процесса при 25°С. Пренебречь приближенно различи­ем плотностей обеих модификаций серы. Какая из двух модификаций серы является более ус­тойчивой при 25°С? Дайте приближенную оценку темпе­ратуры перехода, при которой обе модификации серы на­ходятся в равновесии, принимая для ΔS и ΔH значения при 25°С.

Ответ:100,34 Дж/г∙атом

17-25. Найти ΔG и ΔF химических реакций из электро­химических данных. Изменением объемов твердых и жид­ких веществ при реакции пренебречь.

Номер задачи	Реакции	Температура	Э.Д.С.,в
17	Ag + 1/2 Cl2 (г) = AgCl (т)	17	1,132
18	2Hg + Cl2 (г) = Hg2Cl2 (т)	25	1,085
19	AgCl + 1/2 H2 = Ag + HC1 aq	25	0,224
20	Zn + Cl2(г) = ZnCl2 aq	25	2,123
21	Cu + Cl2 (г) = CuCl2 aq	25	1,023
22	Cd + Cl2 (г) = CdCl2 aq	25	1,763
23	Cu + 1/2 Cl2 (г) = CuCl (т)	25	0,839
24	Co (т) + Cl2 (г) =CoCl2 aq	25	1,637
25	Sn + Cl2 (г) = SnCl2 aq	25	2,496

Ответ: 34) -109,24 кдж/моль, -106,83 кдж/моль; 35) -209,4 кдж/моль, -206,92 кдж/моль; 36) -21,62 кдж/моль, -19,136 кдж/моль; 37)-409,74 кдж/моль, -407,26 кдж/моль; 38) -197,44 кдж/моль, -194,96 кдж/моль; 39)-340,26 кдж/моль, -337,78 кдж/моль; 40) -80,96 кдж/моль, -78,48 кдж/моль; 41)-315,94 кдж/моль, -313,46 кдж/моль; 42)-481,73 кдж/моль, -479,25 кдж/моль

26—33. Вычислить изменения изобарного потенциала при изотермном сжатии газа от Р₁до Р₂; газы считать идеальными.

Номер задачи	Газ	Количество газа	Тем пе рату ра	Давление, н/м2∙
26	Кислород	0,005 м3	0	0,1013	1,013
27	Азот	7 г	27	0,506	3,04
28	Хлор	0,002 м3	25	1,013	10,13
29	Водород	0,01 м3	100	0,506	5,065
30	Кислород	20 г	25	1,013	15,20
31	Фосген	0,01 м3	20	1,013	10,13
32	Окись углерода	0,003 м3	25	0,1013	2,026
33	Сероводород	0,001 м3	25	1,013	2,026

Ответ:; ;;;;;

34. Определить изменение изохорного потенциала и внутренней энергии при обратимом испарении 1 моль бро­ма при давлении 1,013∙10⁵ н/м² и температуре кипения —7,3° С. Теплота испарения брома равна 31,0 кдж/моль.

Ответ: 28,79;-2,21 кдж/моль

35. Вычислить реакции разложения С₄Н₁₀₄(г) = С₃Н₆(г) + СН₄(г) при 25 °С, если теплоты образования С₄Н₁₀, C₃H₆, CH₄ равны соответственно: 125,1; 20,4; -74,83 кДж, а энтропии их равны соответственно: 310,04; 266,87; 186,14 Дж/мольК.

Ответ:

36. В каком направлении может протекать реакция крекинга циклогексана при 727 °С С ₆Н₁₂ ⁼ ЗС₂Н₄, если при данной температуре G°( (С₆Н₁₂)=402,2 кДж/моль, a G°(C₂H₄)= 114,0 кДж/моль.

Ответ: -60,2 кДж/моль

37. Почему синтез аммиака по реакции N₂ (г.)+3H₂ (г.)=2NH₃ (г.)

стремятся вести при более низкой температуре?

Ответ: так как кДж/проб и Дж/K∙проб

38. Определить: ΔU,ΔH,ΔS процесса:

1 моль H₂O (ж; 20; 1 атм.) 1 моль H₂O (г; 2501 атм.)

Энтальпия испарения воды при 100 равна 40655 Дж/моль. Теплоёмкость жидкой и парообразной воды равна:

С_р(ж)=75,30 Дж/моль∙К

С_р(г)= 30,00+10,71∙10^-3T-0,33∙10⁵T^-2 Дж/моль∙К

Ответ: 138,92 Дж/моль∙К; 51925 Дж/моль

39. Один моль двухатомного идеального газа, взятый при 25 и 1 атм., нагревается при постоянном давлении, пока объём не возрастёт втрое. Рассчитать Q, A, ΔH, ΔU и ΔS процесса.

Ответ: 4957,6

40. В одном сосуде находится кислород, а в другом – азот. Эти сосуды соединены трубкой с краном. При открывании крана происходит изотермическое смешение газов при 25:

0,2 моль O₂ (0,2 атм.) + 0,8 моль N₂ (0,8 атм.)→смесь газов

а) Рассчитать общее давление смеси газов; б) Чему равны Q, A, ΔU, ΔS, ΔH и ΔG для процесса смешения; в) Чему были бы равны Q и A, если бы смешение газов протекало обратимо и изотермически при 25

Ответ: Q=A=ΔU=ΔH=0; -1717,344; 1717,344

41. В основу современного производства азотной кислоты положена реакция: 4NH₃ (г.)+5O₂ (г.)=4NO (г.)+6H₂O (г.) стремятся вести при более низкой температуре?

Выяснить влияние изменения температуры на протекание этого процесса.

Ответ: благоприятствует условие ΔT, так как кДж/проб и Дж/K∙проб

42. Почему повышение температуры препятствует протеканию реакции:

2NO (г.)+O₂ (г.)=2NO₂ (г.), а понижение- способствует?

Ответ: так как кДж/проб и

Дж/K∙проб

43. Определите , и при 298,2 К ДЛЯ реак­ции

Ответ: 140∙10³ ;-116,97∙10³ Дж/моль;-50,32 Дж/моль∙К.

44. Определите ΔS, ΔH и ΔUпроцесса 1 моль H₂O (ж,20⁰С, 1 атм)→1моль Н₂О(г,250⁰С, 1 атм), имея следующие данные: С_р(ж) 18. ΔН испарения воды при 100⁰С и 1 атм составляет 9720 .

Ответ: 33,28.; 11410 ; 12450

45.Найти изменение U,H,S,А и G при изотермическом расширении 5 молей кислорода, рассматриваемого как идеальный газ, от 100 до 1000 л при 25 °С, если С_р,298 = 29,38 Дж∙моль∙К^-1.

Ответ: ΔU = ΔH = 0; ΔS = 95,74 Дж∙К^-1; ΔА = ΔG = - 28,55 кДж.

46. Найти изменение U, H, S, А и G при переходе 1 моля воды в пар при 100°С и 1 атм. При этой температуре мольный объем воды равен 18 мл, а мольный объем пара равен 30,2 л. Теплота испарения воды при 100 °С равна 40,65 кДж∙моль^-1.

Ответ: ΔG = 0; ΔН= 40,65 кДж∙моль^-1; ΔU= 37,59 кДж∙моль^-1; ΔS= 108,92 Дж∙моль ^-1∙К^-1; ΔА = -3,06 кДж∙моль^-1.

47. а) Найти ΔН⁰ при 1000⁰К для реакции NaCl(тв)→Na(г)+Сl₂(г); =124,1 ккал и =−1,585 - 3,82·10^-3 Т – 0,34·10⁵Т^-2.

б)Выполняется ли соотношение ΔS⁰=ΔH⁰/T для (1) приведенной реакции при 25⁰С; (2) реакции NaCl(тв)→NaСl(г) при 25⁰С; (3) реакции NaCl(ж)→NaСl(г) при 1413⁰С(температура кипения NaСl)? Объясните каждый случай, предполагая, что газы идеальные.

Ответ: ; 1) нет; 2) нет; 3) да.

48. ΔН⁰ для процесса плавления воды при 0⁰С равна 1436 . С_р для твердой и жидкой воды составляет соответственно 8,9 и 18,0 . Определите а) ΔН, б) ΔS и в) ΔС при постоянном давлении 1 атм для следующего процесса:

Н₂О(тв,-10⁰С)→ Н₂О(ж,-10⁰С).

;

Ответ: ; ; .

49. Вычислить Δ_rG°₄₇₃ реакции: 1/2N₂ + 1/20₂ = NO, если

Δ_rG⁰₂₉₈ ⁼ 86,44 кДж∙моль^-1 а стандартные энтропии ( Дж∙моль ^-1∙K^-1 и средние теплоемкости веществ (С_p,298, Дж∙моль ^-1∙К^-1) равны:

Вещество
N2(г)	191,50	29,12
О2(г)	205,04	29,38
NO(r)	210,64	29,86

Ответ: G⁰₄₇₃= 84,25 кДж∙моль^-1.

50. Вычислить реакции Δ_rG⁰₉₇₃ для: 2С0₂(_Г) =2СО _(г) + 0_2(г), если стандартные значения равны:

Ве- щест- во	Δr кДж∙моль-1	, Дж∙моль-1∙К-1	, Дж∙моль-1∙К-1
co2(r)	-393,52	213,67	37,14
co(r)	-110,53	197,55	29,14
02(r)	—	205,04	29,38

Ответ: Δ_rG⁰₉₇₃ = 391,48 кДж∙моль ^-1.

51. Вычислить реакции Δ_rG⁰₅₀₀ для: Fe₂C0_3(т) = FeO_(т) + C0₂ (г), если значенияи Δ_r, стандартные энтропии и теплоемкости веществ равны:

Вещест- во	Δr кДж∙моль-1	, Дж∙моль-1∙К-1	, Дж∙моль-1∙К-1
FеСО3(т)	-738,15	95,40	83,26
FeO(т)	-264,85	60,75	49,92
со2(г)	-393,52	213,67	37,14

Ответ: Δ_rG⁰₅₀₀ =- 9,95 кДж∙моль^-1 .