Тема 2 Энергетические эффекты химических реакций. Химико-термодинамические расчеты

Примеры наиболее важных расчетных задач.

1. Расчеты по термохимическим уравнениям реакций.

Пример 1. При сгорании магния массой 3 г в кислороде выделилась теплота количеством 75 кДж. Составьте термохимическое уравнение реакции.

Решение. 1. Вычисляем количество вещества сожженного магния:

ν(Mg) = m(Mg)/M(Mg) = 3/24 = 0,125 моль.

2. Составляем уравнение реакции горения магния в кислороде:

2Mg + 0₂ = 2MgO

Вычисляем количество теплоты, которая выделилась бы при сгорании 2 моль магния: ∆H = (-75)(2/0,125) = -1200 кДж

3. Записываем термохимическое уравнение реакции:

2Mg(т) + O₂(г) = 2MgO(т), ∆H = -1200 кДж

Пример 2. Сколько теплоты выделится при сгорании серы массой 240 г, если известно, что изменение энтальпии реакции образования оксида серы (IV) из кислорода и серы равно -297 кДж/моль?

Решение. 1. Вычисляем количество вещества сожженной серы:

ν(S) = m(S)/M(S) = 240/32 = 7,5 моль

2. Записываем термохимическое уравнение реакции:

S(т) + 0₂(г) = S0₂(г), ∆H = -297 кДж

Вычисляем количество теплоты, которая выделится при сгорании 7,5 моль серы:

∆H′ = (-297)(7,5/1) = -2227,5 кДж.

2. Вычисление стандартных теплот образования веществ и тепловых эффектов химических реакций.

Пример 3. Пользуясь данными табл. приложения, вычис­лить ∆Н⁰ реакции: 2Mg (к.) + СО₂ (г.) = 2MgO (к.) + С (графит)

Рeшение. По данным табл. стандартные энтальпии об­разования СО₂ и MgO равны соответственно -393,5 и -601,8 кДж/моль (напомним, что стандартные энтальпии обра­зования простых веществ равны нулю!). Отсюда для стандарт­ной энтальпии реакции находим:

∆Н⁰ = 2∆Н⁰(MgO) -∆Н⁰(CO₂) = - 601,8 • 2 + 393,5 = - 810,1 кДж

Пример 4. Исходя из значений ∆Н⁰ реакций

MgO (к.) + 2Н+ (водн.) = Mg²⁺ (водн.) + Н₂О (ж.); ∆Н⁰₁ = -145,6 кДж

Н₂О (ж.) = Н* (водн.) + ОН^- (водн.); ∆Н⁰₂ = 57,5 кДж

вычислить значение ∆Н⁰₃ для реакции растворения оксида магния в воде:

MgO (к.) + Н₂О (ж.) = Mg²⁺ (водн.) + 2ОН^- (водн.); ∆Н⁰₃

Сокращение «водн.» обозначает разбавленный водный рас­твор.

Решение. Согласно закону Гесса, можно записать:

∆Н⁰₃ = ∆Н⁰₁ + ∆Н⁰₂;

откуда ∆Н⁰₃ = -145,6 + 57,5 • 2 = 30,6 кДж

Пример 5. Исходя из теплоты образования газообразного диоксида углерода (∆Н° = — 393,5 кДж/моль) и термохимиче­ского уравнения

С (графит) + 2N₂O (г.) = СО₂ (г.) + 2N₂ (г.); ∆Н ° = - 557,5 кДж , (1)

вычислить теплоту образования N₂O (г.).

Решение. Обозначив искомую величину через х, запишем термохимическое уравнение образования N₂O из простых веществ:

N₂ (г.) + ½ 0₂ (г.) = N₂0 (г.); ∆Н⁰₁ = х кДж (2)

Запишем также термохимическое уравнение реакции образо­вания СО₂ (г.) из простых веществ:

С (графит) + О₂ (г.) = СО₂ (г.); ∆Н⁰₂ = - 393,5 кДж (3)

Из уравнений (2) и (3) можно получить уравнение (1). Для этого умножим уравнение (2) на два и вычтем найденное уравнение из (3). Имеем:

С (графит) + 2N₂O (г.) = СО₂ (г.) + 2N₂ (г.); ∆Н⁰ = (- 393,5 - 2х) кДж (4)

Сравнивая уравнения (1) и (4), находим:

- 393,5 - 2х = -557,5

Отсюда х = 82,0 кДж/моль.

Пример 6. Теплота образования HF составляет ∆Н⁰(HF) = -268 кДж/моль. Вычислить энергию связи HF, если известно, что энергия связи молекул Н₂ и F₂ составляет соответственно 436 и 159 кДж/моль.

Решение.

1) ½ H₂ + ½ F₂ = HF; ∆Н⁰= -268 кДж/моль

2. ½ Н₂ = Н; ∆Н⁰_дисс = 218 кДж/моль

3. ½ F₂ = F; ∆Н⁰_дисс = 79,5 кДж/моль

После вычитания из первого уравнения двух последующих уравнений получим:

Н + F = HF; ∆Н⁰ = -565,5 кДж/моль

откуда ∆Н⁰_связи = 565,5 кДж/моль.