- •Химия. Общая и неорганическая химия.
- •Содержание
- •Введение
- •1 Методические указания по использованию учебно-методического пособия
- •2 Список рекомендуемой литературы
- •3 Задания
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •Вопрос 1.
- •Вопрос 2.
- •Вопрос 3.
- •Вопрос 4.
- •Вопрос 5.
- •Вопрос 6.
- •Вопрос 7.
- •Вопрос 8.
- •Вопрос 9.
- •Вопрос 10.
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •Вопрос 1.
- •Вопрос 2.
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •Вопрос 1.
- •Вопрос 2.
- •Вопрос 3.
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •Вопрос 1. Даны металлы (табл. 3.45), погруженные в воду, или в водный раствор электролита, или в растворитель – неэлектролит (спирт, бензин, керосин, бензол, толуол, эфир, хлороформ).
- •Вопрос 2. В каждом варианте даны три металла с разной электрохимической активностью (табл. 3.46), погруженные в растворы собственных солей.
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •Вопрос 1. В таблице 3.48 даны металлы и действующие на них окислители при нормальных условиях.
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
- •4 Приложение. Ответы на тестовые задания
1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:
1.1. Что изучает химическая термодинамика и ее раздел "термохимия".
1.2. Какие величины являются термодинамическими функциями состояния системы, а какие являются параметрами; каковы обозначения и размерности этих величин.
1.3. Каковы признаки изобарных, изохорных и изотермических процессов; как выражается первый закон термодинамики для изобарных и изохорных процессов.
1.4. В чем состоит сущность термодинамической функции "энтальпия системы", от чего она зависит и почему является функцией состояния.
1.5. Какова взаимосвязь между энтальпией и тепловым эффектом реакции.
1.6. Что называется стандартной энтальпией, энтропией и энергией Гиббса образования сложного вещества (H0298, S0298, G0298 соответственно), в каких единицах они выражаются.
1.7. Какие уравнения реакций называются термохимическими; какое значение имеет изменение энтальпии при экзо- и эндотермических реакциях?
1.8. Как формулируются закон Гесса и следствия из него, каково их практическое значение; как они используются при расчете изменения энтальпии, энтропии и энергии Гиббса химических и физико-химических процессов и для определения устойчивости веществ.
1.9. Какова сущность понятия "энтропия системы"; какова взаимосвязь между энтропией и термодинамической вероятностью системы; как изменяется энтропия в системе в случае самопроизвольно протекающих химических или физико-химических процессов при Н=0.
1.10. Что понимается под энтальпийным и энтропийным факторами.
1.11. Каковы сущность понятия "энергия Гиббса" и математическое выражение для ее расчета. Почему энергия Гиббса называется движущей силой процессов; какие по знаку значения G являются критерием самопроизвольного протекания химических и физико-химических процессов; при каких сочетаниях знаков величин Н и T∙S процесс всегда возможен, а при каких невозможен.
1.12. Чем характеризуется состояние термодинамического равновесия; каково выражение для расчета температуры, при которой в системе устанавливается термодинамическое равновесие.
2. Письменное задание для контроля усвоения темы:
Для данной в Вашем варианте реакции (табл. 3.18):
2.1. Составьте по закону Гесса и следствию из него общие выражения для расчета изменений энтальпии, энтропии и энергии Гиббса применительно к данной химической реакции при стандартных условиях (H0х.р., S0х.р., G0х.р.).
2.2. Рассчитайте значения величин ΔН0, ΔS0, ΔG0 для данной реакции, использовав термодинамические характеристики соответствующих веществ, приведенных в таблице 3.19. Укажите размерности всех рассчитанных величин.
2.3. Охарактеризуйте сущность термодинамических величин Н, S, G и их изменений ΔН, ΔS, ΔG.
2.4. Укажите, каково соотношение между ΔН и Q и каков тепловой эффект данной реакции; к какому термохимическому типу она относится (экзо- или эндотермическая) и почему.
2.5. На основании проведенных расчетов определите, возможно или нет самопроизвольное протекание данной реакции при стандартных условиях в прямом направлении и обоснуйте свой ответ.
2.6. Приведите уравнение для расчета ΔG при различных значениях температуры. Рассчитайте ΔG в данной реакции при 500 К и определите, в прямом или обратном направлении будет проходить данная реакция при этой температуре.
2.7. Охарактеризуйте состояние термодинамического равновесия; каково значение ΔG при его достижении; рассчитайте значение температуры, при которой достигается термодинамическое равновесие (Травн.), и укажите, для чего можно использовать её значение.
2.8. Укажите, какое из подчеркнутых в уравнении данной реакции веществ является более термодинамически устойчивым. Обоснуйте это с приведением соответствующих термодинамических величин и формулировки одного из следствий закона Гесса.
2.9. Укажите, при каких соотношениях и знаках величин H и Т∙S самопроизвольное протекание реакции: а) возможно; б) невозможно и обоснуйте свой ответ.
Таблица 3.18
Ва- ри- ант |
Реакция |
Ва- ри- ант |
Реакция |
1 |
4 NH3(г) + 5 О2(г) = 4 NO(г) + 6 H2O(г) |
19 |
2 СН3ОН(ж) + 3 О2(г) = 2 СО2(г) + 4 Н2О(ж) |
2 |
2 C2H6(г) + 7 О2(г) = 4 СО2(г) + 6 Н2О(г) |
20 |
NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(к) |
3 |
2Н2S(г) + 3 О2(г) = 2 SO2(г) + 2 Н2О(г) |
21 |
2 SO2(г) + О2(г) = 2 SO3(г) |
4 |
Н2S(г) + I2(г) = 2 НI(г) + S(к) |
22 |
H2S(г) + О2(г) = 2 Н2О(г) + 2 S(к) |
5 |
Fe2O3(к) + 3 H2(г) = 2 Fe(к) + 3 H2O(г) |
23 |
Li2O(к) + Н2О(ж) = 2 LiOH(к) |
6 |
СО(г) + 3 Н2(г) = СН4(г) + Н2О(г) |
24 |
CuO(к) + 2 НCl(г) = CuCl2(к) + H2O(ж) |
7 |
С2Н5ОН(ж) + 3 О2(г) = 2 СО2(г) + 3 Н2О(ж) |
25 |
Cr2O3(к) + 2 Al(к) = Al2O3(к) + 2 Сr(к) |
8 |
2 С2Н2(г) + 5 О2(г) = 4 СО2(г) + 3 Н2О(г) |
26 |
NH3(г) + 3 О2(г) = 2 N2(г) + 6 Н2О(ж) |
9 |
СО2(г) + 4 Н2(г) = СН4(г) + 2 Н2О (г) |
27 |
3 NO2(г) + Н2О(ж) = 2 HNO3(ж) + NO(г) |
10 |
СаСО3(к) = СаО(к) + СО2(г) |
28 |
2 NO(г) + О2(г) = 2 NO2(г) |
11 |
Fe(к) + 2HCI(ж) = FeCI2(к) + H2(г) |
29 |
4 NO2(г) + 2 Н2О(ж) + О2(г) = 4 HNO3(ж) |
12 |
СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к) |
30 |
Fe2O3(к) + MnO2(к) + 5 С(к) = 2 Fe(к) + Mn(к) + 5 СО(г) |
13 |
2 СН4(г) = С2Н2(г) + 3 Н2(г) |
31 |
2 FeCl2(к) + Cl2(г) = 2 FeCl3(к) |
14 |
2 Н2О2(ж) = 2 Н2О(ж) + О2(г) |
32 |
Mg(к) + 2 НCl(г) = MgCl2(к) + Н2(г) |
15 |
Al2O3(к) + Н2(г) = Al(к) + Н2О(г) |
33 |
Na2CO3(к) + 2 HCl(г) = 2 NaCl(к) + Н2О(ж) + СО2(г) |
16 |
NH4Cl(к) = NH3(г) + HCl(г) |
34 |
Br2(ж) + H2S(г) = HBr(г) + S(к) |
17 |
СН4(г) + СО2(г) = 2 СО(г) + 2 Н2(г) |
35 |
HCl(г) + NaOH(к) = NaCl(к) + Н2О(г) |
18 |
С2Н4(г) + 3 О2(г) = 2 СО2(г) + 2 Н2О(ж) |
36 |
MgO(к) + Н2(г) = Mg(к) + Н2О(г) |
Таблица 3.19 – Термодинамические характеристики веществ, приведенных в таблице 3.18
Вещество |
кДж/моль |
кДж/моль |
Дж/(моль ·К) |
Al (к) |
0,00 |
0,00 |
28,32 |
Al2O3 (к, корунд) |
-1676,0 |
-1580,0 |
50,94 |
Br2 (ж) |
0,00 |
0,00 |
152,3 |
С (к, графит) |
0,00 |
0,00 |
5,74 |
СО (г) |
-110,5 |
-137,14 |
197,54 |
СО2 (г) |
-393,51 |
-394,38 |
213,68 |
СН4 (г) |
-74,85 |
-50,79 |
186,19 |
С2Н2 (г) |
226,75 |
209,2 |
200,8 |
С2Н4 (г) |
52,28 |
68,11 |
219,4 |
С2Н6 (г) |
-84,68 |
-32,89 |
229,5 |
СН3ОН (ж) |
-238,6 |
-166,23 |
126,8 |
С2Н5ОН (ж) |
-277,7 |
-174,76 |
160,7 |
CaCО3 (к, кальцит) |
-1207,1 |
-1128,76 |
92,88 |
CaO (к) |
-635,5 |
-604,2 |
39,7 |
Ca(OH)2 (к) |
-986,2 |
-898,5 |
83,4 |
Cl2 (г) |
0,00 |
0,00 |
222,96 |
Продолжение таблицы 3.19
Вещество |
кДж/моль |
кДж/моль |
Дж/(моль ·К) |
Cr (к) |
0,00 |
0,00 |
23,76 |
Cr2O3 (к) |
-1141 |
-1058 |
81,1 |
CuCl2 (к) |
-172,4 |
131,4 |
118,8 |
CuO (к) |
-165,0 |
-127,0 |
42,64 |
Fe (к) |
0,00 |
0,00 |
27,15 |
FeCl2 (к) |
-341,0 |
-301,7 |
120,1 |
FeCl3 (к) |
-390,8 |
-328,7 |
154,4 |
Fe2O3 (к) |
-822,16 |
-740,98 |
89,96 |
H2 (г) |
0,00 |
0,00 |
130,58 |
HBr (г) |
-35,98 |
-53,5 |
198,5 |
HCl (г) |
-92,3 |
95,27 |
186,69 |
HI (г) |
25,94 |
1,3 |
206,3 |
HNO3 (ж) |
-174,3 |
-80,3 |
156,6 |
H2O (г) |
-241,82 |
-228,61 |
188,7 |
H2O (ж) |
-285,84 |
-237,2 |
70,08 |
H2O2(ж) |
-187,8 |
-120,4 |
109,6 |
H2S (г) |
-20,17 |
-33,01 |
205,6 |
I2 (г) |
62,24 |
19,4 |
260,58 |
LiOH (к) |
-487,8 |
-443,9 |
42,7 |
Li2O (к) |
-598,7 |
-562,1 |
37,9 |
Mg (к) |
0,00 |
0,00 |
32,55 |
MgCl2 (к) |
-641,6 |
-592,1 |
89,6 |
MgO (к) |
-601,24 |
-569,4 |
26,94 |
Mn (к) |
0,00 |
0,00 |
30,02 |
MnO2 (к) |
-519,4 |
-464,8 |
53,14 |
N2 (г) |
0,00 |
0,00 |
191,5 |
NH3 (г) |
-46,19 |
-16,66 |
192,5 |
NH4Cl (к) |
-314,4 |
-203,0 |
94,6 |
NO (г) |
90,37 |
86,71 |
210,62 |
NO2 (г) |
33,50 |
51,8 |
240,45 |
NaCl (к) |
-410,9 |
-384,0 |
72,33 |
NaOH (к) |
-427,8 |
-381,1 |
64,18 |
Na2CO3 (к) |
-1130,9 |
-1047,7 |
136,0 |
O2 (г) |
0,00 |
0,00 |
205,04 |
S (к, ромб.) |
0,00 |
0,00 |
31,88 |
SO2 (г) |
-296,9 |
-300,4 |
248,1 |
SO3 (г) |
-395,2 |
-370,4 |
256,23 |
Комплексное тестовое задание 2 по теме "Химическая термодинамика"
Правильные ответы по п. А приведены в конце пособия в таблице 4.1.
А. Выберите правильный ответ (1, 2 или 3) из задания по Вашему варианту в таблице 3.20 и приведите его.
Б. Обоснуйте ответ по п. А, сопроводив его необходимыми объяснениями. Приведите формулировку закона Гесса, 1-го и 2-го следствий из него. Укажите сущность, математические выражения, размерность термодинамической функции или другого понятия, рассматриваемых в Вашем варианте.
Таблица 3.20 – Тестовое задание 11 (Т-11)
Ва-ри-ант |
Задание |
Варианты ответа | ||
1 |
2 |
3 | ||
1 |
1. Что изучает термохимия? |
тепловые эффекты химических реакций |
скорость протекания реакций |
степень упорядоченности системы |
2 |
Как называется величина, обозначаемая H? |
энтропия |
изменение энта-льпии |
энергия Гиббса |
3 |
Термохимические расчеты проводятся на основе: |
закона Гесса |
закона действую-щих масс |
закона Ома |
4 |
Термодинамическая функция, обозначаемая S0, называется: |
внутренняя энергия |
энтальпия |
энтропия |
5 |
В ходе химической реакции энергия систкмы: |
всегда понижается |
всегда повышается |
может или повышаться, или понижаться |
6 |
Эндотермической реакцией является:
|
CaO + H2O = Ca(OH)2, + Q |
2KMnO4 = MnO2 + K2MnO4 + O2, H0298 > 0 |
H2 + Cl2 = 2HCl, H0298 < 0 |
7 |
Химическая реакция является экзотермической, если разность между суммой значений энергий связей в исходных веществах и суммой значений энергий связей в продуктах реакции: |
больше нуля |
меньше нуля |
равна нулю |
8 |
Реакция, протекающая с поглощением тепла, называется: |
экзотермической |
изотермической |
эндотермической |
Продолжение таблицы 3.20 – Тестовое задание 11 (Т-11)
Ва-ри-ант |
Задание |
Варианты ответа | ||
1 |
2 |
3 | ||
9 |
Реакция, протекающая по уравнению 3H2 + N2 = 2NH3; -H, является: |
обратимой экзотермической |
необратимой экзотермической |
обратимой эндотермической |
10 |
Реакция, уравнение которой 2H2O + 2Na 2NaOH + H2, -H, относится: |
к экзотермическим реакциям замещения |
к экзотермическим реакциям присоединения |
к эндотермическим реакциям замещения |
11 |
Стандартные значения энтальпии образования простых веществ: |
больше нуля |
равны нулю |
меньше нуля |
12 |
Степень упорядоченности системы характеризует величина, называемая: |
энтальпией |
энтропией |
энергией Гиббса |
13 |
При испарении энтропия системы в парообразном состоянии: |
не изменяется |
увеличивается |
уменьшается |
14 |
Самопроизвольное протекание химической реакции возможно, если: |
U0 > 0 |
G0 > 0 |
G0 < 0 |
15 |
При каком условии в системе наступает состояние термодинамического равновесия? |
H0 = 0 |
S0 = 0 |
G0 = 0 |
16 |
Какой знак имеет S0 в процессе возгонки: CO2 (тв) = CO2 (г) : |
больше нуля |
меньше нуля |
равно нулю |
17 |
Каким символом обозначают изменение свободной энергии в ходе химического процесса? |
S |
G |
H |
18 |
Какое математическое выражение отражает 1-й закон термодинамики для изобарных процессов: |
G = H – ТS |
Q = U + pV |
H = H2 – H1 |
19 |
1-ое следствие из закона Гесса отражается математическим уравнением: |
-H образования вещества из простых веществ = H разложения вещества на простые вещества |
Q = -H |
Q = U |
20 |
Равенство энтальпийного и энтропийного факторов (H0 298 = TS0 298) характерно для: |
начала реакции |
термодинамического равновесия |
окончания реакции |
Продолжение таблицы 3.20 – Тестовое задание 11 (Т-11)
Ва-ри-ант |
Задание |
Варианты ответа | ||
1 |
2 |
3 | ||
21 |
Стандартные значения энтропии образования простых веществ: |
равны нулю |
меньше нуля |
не равны нулю |
22 |
Какое выражение соответствует изменению энтальпии химической реакции 2СО(г) + O2 (г) = 2СО2(г) ? |
H0 реакции = 2H0СО2(г) – 2H0СО(г) |
H0 реакции = 2H0СО2(г) – (2H0СО(г) + H0О2 (г)) |
H0 реакции = 2H0СО(г) – 2H0СО2(г) |
23 |
Формулировка какого закона приведена: «Тепловой эффект химической реакции не зависит от пути, по которому она протекает, а определяется только природой и состоянием исходных веществ и продуктов реакции»? |
закона Гесса |
второго закона термодинамики |
первого закона термодинамики |
24 |
В каких единицах выражается тепловой эффект реакции? |
кДж |
градус Цельсия |
градус Кельвина |
25 |
Термохимические уравнения отличаются от химических тем, что в них указываются: |
агрегатные состояния веществ |
степени окисления элементов |
агрегатные состояния веществ и тепловой эффект |
26 |
Какие условия в термохимии являются стандартными? |
Т = 298 К; р = 101,3 кПа; С = 1 моль/кг |
Т = 273 К; р = 101,3 кПа; С = 1 моль/кг |
Т = 298 К; р = 101,3 кПа; С = 0,5 моль/кг |
27 |
Математическое выражение изменения свободной энергии: |
G = H – ТS |
Q = U |
Q = -H |
28 |
Термохимическим уравнением является:
|
S(тв) + O2(г) = SO2 (г), H0298 = -297 кДж/моль |
S(тв) + O2(г) = SO2 (г) |
S + O2 = SO2, H0298 = -297 кДж/моль |
29 |
Согласно закону Гесса, тепловой эффект химической реакции зависит: |
от присутствия катализатора |
от пути перехода системы из одного состояния в другое |
от начального и конечного состояния химической системы |
30 |
В результате реакции, протекающей с уменьшением объема газообразных веществ, энтропия системы: |
увеличивается |
остается неизмен-ной |
уменьшается |
Продолжение таблицы 3.20 – Тестовое задание 11 (Т-11)
Ва-ри-ант |
Задание |
Варианты ответа | ||
1 |
2 |
3 | ||
31 |
Наиболее термодинамически устойчивым является соединение: |
СО (г) H0СО(г) = -110,5 кДж/моль
|
СО2 (г) H0СО2(г) = -393,51 кДж/моль |
СН4 (г) H0СН4(г) = -74,85 кДж/моль |
32 |
В прямом направлении при стандартных условиях процесс протекает самопроизвольно, если: |
S>0; H>0, при этом H>ТS |
S>0; H<0 |
G>0 |
33 |
Система находится в состоянии термодинамического равновесия, если: |
S<0; H>0 |
S>0; H<0 |
H = ТS |
34 |
Физико-химические процессы при стандартных условиях не могут протекать в прямом направлении при стандартных условиях, если: |
S<0; H>0 |
S>0; H<0 |
S<0; H<0, при этом H>ТS |
35 |
В каких единицах выражается изменение энтропии реакции? |
кДж/(моль·К) |
Дж/(моль·К) |
кДж/моль |
Задание 6. Химическая кинетика и химическое равновесие (по разделам стандартов: химическое равновесие, скорость реакции и методы ее регулирования, катализаторы и каталитические системы)
Рекомендуемая литература: [1], гл. 6, разд. 6.2; [2], гл. V, § 5.5, гл. VI, § 6.1, гл. 7; [3], гл. VI; [4], гл. 5, §§ 3-11; лекции.