Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
му по химии / Денисова контр..doc
Скачиваний:
469
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
1.63 Mб
Скачать

8. Энергетика химических реакций. Химико-термодинамические расчеты

Пример 1. Используя термодинамические величины веществ, вычислить тепловой эффект реакции

Mg3N2 (к) + 6 H2O (ж)  3 Mg(OH)2 (к) + 2 NH3 (г)

Определить, возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Тепловой эффект образования веществ при стандартных условиях найти по данным табл. 1 приложения.

Решение. Находим тепловой эффект Но реакции по формуле:

∆Н0298=Σ∆Н0298 продуктов - Σ ∆Н0298 исходных веществ

В нашем случае с учетом стехиометрических коэффициентов:

Нох.р.=[2 (-46,19) + 3 (-924,66)] – [461,1 + 6(-285,840] = -690,22 кДж/моль.

Возможность протекания реакции определяют по значению энергии Гиббса. Если ∆G < 0, то реакции протекают самопроизвольно, так как за счет их энергии можно совершить полезную работу.Полезная работа - эта вся работа в ходе процесса, за вычетом работы расширения. Если ∆G > 0, прямая реакция самопроизвольно не протекает. При ∆G ~ 0, наступает химическое равновесие, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

Для расчета Go298 воспользуемся уравнением

Gох.р. = Нох.р. – Т Sох.р.

∆S0298=ΣS0298 продуктов - Σ S0298 исходных веществ

Sox.p. =(

Sox.p =(2192,5 + 3,63,14) – (87,9 + 669,96) = 66,76 Дж/моль∙К.

Теперь находим Go химической реакции, используя в качестве единой энергетической единицы килоджоуль:

Gox.p. = Hox.p. – T Sox.p.= кДж/моль.

Таким образом, Gox.p. < 0, так что данная реакция термодинамически возможна (протекает слева направо).

Пример 2. Рассчитать тепловой эффект реакции (в кДж/ моль) сгорания этана, если при полном сгорании 1 г этана выделяется 47 кДж.

Решение. Запишем реакцию сгорания этана

С2H6+ O2= 2CO2+3H2O , M (C2H6) = 30 г/моль.

Если при сгорании 1 г этана выделяется 47кДж, то при сгорании 30 г этана (1 моль) выделиться 30*47 = 1410 кДж. Таким образом, тепловой эффект сгорания этана равен 1410 кДж / моль.

Пример 3. Рассчитать количество теплоты, которое выделилось в результате образования 200 г гидроксида натрия из оксида натрия и воды, если при взаимодействии 10 г оксида натрия с водой выделиться 36,46 кДж.

Решение. Запишем уравнение реакции

Na2O + H2O = 2NaOH

1) Определим, из какого количества оксида натрия образуется 200 г гидроксида

M ( NaOH ) = 40 г/моль; M ( Na2O ) = 62 г/моль;

m( Na2O) = г.

2) Определим количество теплоты, которое выделилось в результате реакции рассчитанного количества Na2O:

10 г Na2O – 36,46 кДж;

155 г Na2O – x кДж;

Х = кДж.

Пример 4. Определить, какое количество теплоты (в кДж) выделилось при сгорании 1 г метана, если при полном сгорании 1 л (н.у.) метана выделилось 40 кДж.

Решение. 1) Один моль любого газа занимает 22,4 л.

Масса 1 л (н. у.) метана m(CH4)= г.

2) Определим количество теплоты, которое выделилось при сгорании 1 г метана

0,71 г CH4 – 40 кДж;

1г CH4- x;

Х=кДж.

Задание. Используя термодинамические величины веществ, вычислить тепловой эффект реакции. Определить, возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Тепловой эффект образования веществ при стандартных условиях найти по данным таблицы «Термодинамические константы некоторых веществ» в табл. 1 приложения.

№ задачи

Уравнение реакции

221

Ве2С(к) + 4 Н2О (ж)  2 Ва(ОН)2 (к) + СН4 (г)

222

CaO (к) + 3 С (к)СаС2 (к) + СО (г)

223

Fe2O3 (к) + 2 LiOH (к)  2 LiFeO2 (к)+ H2O (ж)

224

4 Al(OH)3 (к) + 3 CH4 (г)  Al4C3 (к) + 12 H2O (ж)

225

3 SiH4 (г) + 4 NH3 (г)  Si3N4 (к) + 12 H2 (г)

226

TiCl4 (ж) + 2 Mg (к)  Ti (к) + 2 MgCl2 (к)

227

3 MgO (к) + 2 Al (к)  3 Mg (к) + Al2O3 (к)

228

2 Сu2O (к) + Cu2S (к)  6 Cu (к) + SO2 (г)

229

CaSO4 (к) + CO2 (г)  CaCO3 (к) + SO3 (г)

230

4 HCl (г) + O2 (г)  2Cl2 (г) + 2 H2O (ж)

231

Li3N (к) + 3 Н2 (г)  3 LiН (к) + NН3 (г)

232

GeO2 (к) + 4 HCl (г)  GeCl4 (г) + 2 H2O (г)

233

V2O5 (к) + 5 Fe (к)  2 V (к) + 5 FeO (к)

234

SiCl4 (г) + 2 H2 (г)  Si (к) + 4 HCl (г)

235

Li2O (к) + 3 C (гр.)  Li2C2 (к) + CO (г)

236

CaCO3 (к) + 4 С (гр.)  СaС2 (к) + 3 CO (г)

237

Fe2O3 (к) + CO (г)  2 FeO (к) + CO2 (г)

238

WO3 (к) + 3 H2 (г)  W (к) + 3 H2O (г)

239

SO2 (г) + 2 H2S (г) 3 S (к) + 2 H2O (ж)

240

Na2CO3 (к) + SiO2(к)  Na2SiO3(к)+ CO2 (г)

Задание: решить следующие задачи

№ задачи

241

Найти количество затраченного тепла при образовании 10 моль кислорода по реакции КClО4 ↔ КCl + 2О2 , Δ Н=33 кДж.

242

Найти количество выделяемого тепла при получении 2 моль этанола по термохимическому уравнению

С2H4(г) + H2O(ж) ↔ C2H5OH(ж), ∆H= -44 кДж.

243

Сколько литров (н.у.) метана необходимо сжечь для получения 500 кДж теплоты в соответствии с термохимическим уравнением реакции CH4(г)+2O2(г) ↔ CO2(г)+2H2O(г), ∆H =-802 кДж.

244

Сколько необходимо затратить тепла для получения 560 г железа по уравнению FeO + H2 ↔ Fe + H2О, ∆H =23 кДж.

245

Определить, какое количество теплоты (в кДж) выделилось при сгорании 4 г метана, если при полном сгорании 1 л (н.у.) метана выделилось 40 кДж.

246

Рассчитать количество теплоты, которое выделилось в результате образования 500 г гидроксида натрия из оксида натрия и воды, если при взаимодействии 10 г оксида натрия с водой выделиться 36,46 кДж.

247

Найти количество затраченного тепла при образовании 5 моль кислорода по реакции КClО4 ↔ КCl + 2О2 , Δ Н=33 кДж.

248

Найти количество выделяемого тепла при получении 7 моль этанола по термохимическому уравнению

С2H4(г) + H2O(ж) ↔C2H5OH(ж), ∆H= -44 кДж.

249

Сколько литров (н.у.) метана необходимо сжечь для получения 200 кДж теплоты в соответствии с термохимическим уравнением реакции CH4(г)+2O2(г) ↔CO2(г)+2H2O(г), ∆H =-802 кДж.

250

Определить, какое количество теплоты (в кДж) выделилось при сгорании 10 г метана, если при полном сгорании 1 л (н.у.) метана выделилось 40 кДж.

251

Сколько необходимо затратить тепла для получения 1020 г железа по уравнению FeO + H2 ↔ Fe + H2О, ∆H =23 кДж.

252

Найти количество выделяемого тепла при образовании 2 моль Na2SiO3 по реакции Na2O (к) + SiO2 (к) « Na2SiO3 (к), Δ Н=-243,5 кДж

253

Найти количество затраченного тепла при получении 2 моль NO по термохимическому уравнению N2(r) + О2(г) «2NO(r), ∆H= + 180,5 кДж.

254

Найти количество затраченного тепла при получении 2 моль С по термохимическому уравнению СН4 = Сгр + 2Н2, ∆H= + 74,9 кДж.

255

Найти количество затраченного тепла при получении 10 моль NO по термохимическому уравнению N2(r) + О2(г) «2NO(r), ∆H= + 180,5 кДж.

256

Сколько литров (н.у.) кислорода необходимо для получения 250 кДж теплоты в соответствии с уравнением реакции CH4(г)+2O2(г) ↔ CO2(г)+2H2O(г), ∆H =-802 кДж.

257

Найти количество затраченного тепла при получении 10 моль СO по термохимическому уравнению CaO (к) + 3 С (к) «СаС2 (к) + СО (г), ∆H= + 466,0кДж.

258

Найти количество выделяемого тепла при получении 2 моль Са3(РО4)2 по термохимическому уравнению

3 СаО (к) + Р2О5 (к) « Са3(РО4)2 (к), ∆H= - 739,0 кДж.

259

Сколько литров (н.у.) кислорода необходимо для получения 150 кДж теплоты в соответствии с уравнением реакции CH4(г)+2O2(г) ↔ CO2(г)+2H2O(г), ∆H =-802 кДж.

260

Сколько литров (н.у.) метана необходимо для получения 1000 кДж теплоты в соответствии с уравнением реакции CH4(г)+2O2(г) ↔ CO2(г)+2H2O(г), ∆H =-802 кДж.