3.2. Контрольные вопросы и задания

1. Что называется системой? Какими параметрами характеризуется система?

2. Охарактеризуйте внутреннюю энергию системы, понятие об изохорных и изобарных процессах.

3. Что называется энтальпией?

4. Охарактеризуйте энтальпию образования соединений, стандартные энтальпии сгорания и образования веществ.

5. Закон Гесса и его следствия, его применение в термохимических расчетах.

6. Определение теплот (энтальпий) нейтрализации, растворения, гидратации.

7. Энтропия. Уравнение Больцмана. Как изменяется энтропия с изменением температуры?

8. Энергия Гиббса. Критерии самопроизвольного протекания процесса.

9. Пользуясь справочными данными приложения 3, вычислите изменение стандартной энтальпии реакции ():

10. Пользуясь справочными данными приложения 3, вычислите изменение стандартной энтропии реакции ():

11. Вычислить реакции при 846⁰ С, если = 230 кДж,= 593 Дж/К.

3.3. Примеры решения задач

Пример 1. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением С₂Н₅ОН_(Ж) + 3О_2(Г) = 2СО_2(Г) + 3Н₂О_(Ж). Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что молярная теплота парообразования С₂Н₅ОН_(Ж) равна +42,36 кДж, а теплоты образования С₂Н₅ОН_(Г) = -235,31 кДж, СО_2(Г) = -393,51 кДж, Н₂О_(Ж) = -285,84 кДж.

Решение. Для определения ΔΗ реакции необходимо знать теплоту образования С₂Н₅ОН_(Ж). Последнюю находим из данных:

С₂Н₅ОН_(Ж) = С₂Н₅ОН_(Г); ΔΗ = +42,36 кДж

+42,36 = -235,31 – ΔΗ(С₂Н₅ОН_(Ж))

ΔΗ(С₂Н₅ОН_(Ж)) = -235,31-42,36 = -277,67 кДж

Вычисляем ΔΗ реакции, применяя следствия из закона Гесса:

ΔΗ_Х.Р. = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 277,67 = -1366,87 кДж.

Тепловой эффект реакции 1366,87 кДж.

Пример 2. Рассчитать ΔΗ_ХР восстановления оксида железа (III) различными восстановителями при стандартных условиях:

а) Fe₂O_3(К) + 3H_2(Г) = 2Fe_(К) + 3H₂O_(Г)

б) Fe₂O_3(К) + 3СО_(Г) = 2Fe_(К) + 3СО_2(Г)

В каком случае на этот процесс потребуется больше затратить энергии?

Решение. Для расчета ΔΗ_ХР воспользуемся формулой следствия из закона Гесса и стандартными энтальпиями образования каждого вещества [Приложение 3]:

а) ΔΗ_ХР = 2ΔΗ(Fe) + 3ΔΗ(H₂O) – (ΔΗ(Fe₂O₃) + 3ΔΗ(H₂)) = 2(0) + 3(-241,8) – ((-822,2) + 3(0)) = -725,4 + 822,2 = 96,8 кДж.

б) ΔΗ_ХР = 2ΔΗ(Fe) + 3ΔΗ(СO₂) – (ΔΗ(Fe₂O₃) + 3ΔΗ(СО)) = 2(0) + 3(-393,5) – ((-822,2) + 3(-110,5)) = -1180,5 + 822,2 + 331,5 = -26,5 кДж.

Согласно расчетам, процесс а) – восстановление оксида железа (III) водородом, требует больше затрат энергии, чем процесс б). В процессе б) реакция даже носит экзотермический характер (выделяется энергия в виде тепла).

Пример 3. Водяной газ представляет собой смесь равных объемов водорода и оксида углерода (II). Найдите количество теплоты, выделяющейся при сжигании 112 л водяного газа, (н.у.).

Решение. Составим термохимическое уравнение процесса:

Н_2(Г) + СО_(Г) + О_2(Г) = Н₂О_(Г) + СО_2(Г) ΔΗ_ХР = - Q.

Рассчитаем ΔΗ_ХР, когда сгорает 2 моля водяного газа (1 моль Н₂ и й моль СО), т.е. 22,4 л/моль · 2 моль = 44,8 л. Расчет ведем по формуле следствия закона Гесса и стандартными энтальпиями образования каждого вещества [Доп. 3]:

ΔΗ_ХР = ΔΗ(Н₂О) + ΔΗ(СО₂) – (ΔΗ(Н₂) + ΔΗ(СО) + ΔΗ(О₂)) = -241,8 – 393,5 – (0 – 110,5 + 0) = - 635,3 + 110,5 = - 524,8 кДж

Составляем пропорцию:

Сгорает 44,8 л водяного газа – выделяется 524,8 кДж тепла

112 л - Х кДж

Х = 112 · 524,8 / 44,8 = 1312 кДж

При сжигании 112 л водяного газа выделяется 1312 кДж тепла.

Пример 4. Дайте термодинамическую характеристику процесса Ga + HCl₎ ↔ GaCl_3(т) + Н_2(г) по плану:

1. Запишите стехиометрическое уравнение.

2. Выпишите термодинамические функции участвующих веществ.

3. Рассчитайте изменение стандартной энтальпии химической реакции и постройте энтальпийную диаграмму.

4. Определите, является реакция экзо- или эндотермической; увеличивается или уменьшается температура в системе в результате протекания данной реакции.

5. Рассчитайте изменение стандартной энтропии реакции, объясните изменение энтропии в ходе реакции.

6. Рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса по балансовому уравнению и уравнению Гиббса. Дайте анализ полученным данным.

7. Сопоставьте знаки величин _. и Сделайте вывод об обратимости реакции.

8. Для обратимой реакции рассчитайте равновесную температуру согласно уравнению Гиббса допуская, что предельно допустимой температурой является 3000 К. Сделайте вывод: Тр – реализуема или не реализуема.

9. Рассчитайте величину при трех значениях температур (500, 1000 и 1500 К). Постройте графическую зависимость..

10. Сделайте вывод о самопроизвольности протекания химической реакции. Определите условия, при которых реакция возможна

Решение.

1 Записываем стехиометрическое уравнение.

2. Выписываем стандартные термодинамические функции образования компонентов реакции (табл. 21) (термодинамические параметры веществ из [Приложение 3]).

Таблица 21