
- •Е.С. Денисова
- •Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство морского и речного транспорта___
- •Е.С. Денисова
- •1. Строение атома
- •2. Периодическая система элементов д.И. Менделеева
- •3. Химическая связь
- •4. Основные классы неорганических соединений
- •5. Способы выражения концентрации растворов
- •6. Свойства растворов неэлектролитов
- •7. Коллоидные растворы
- •8. Энергетика химических реакций. Химико-термодинамические расчеты
- •9. Скорость химических реакций и равновесие
- •10. Молекулярно-ионные уравнения обменных реакций между растворами электролитов
- •11. Гидролиз солей
- •12. Окислительно-восстановительные реакции
- •13. Гальванические элементы
- •14. Электролиз
- •Библиографический список
- •644099, Г. Омск, ул. И. Алексеева, 4
- •644012, Г. Омск, ул. 9 Дунайская, 20
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 =(2192,5 + 3,63,14) – (87,9 + 669,96) = 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. |