18 Основи хімічної термодинаміки
(семінарське заняття)
Програмні питання
1. Деякі основні поняття: система, термодинамічна система, види термодинамічних систем, параметри і функції стану, енергія, теплота і робота.
2. Перший закон термодинаміки, його математичний вираз для закритих і ізольованих термодинамічних систем. Внутрішня енергія і ентальпія.
3. Термохімічні рівняння. Стандартна ентальпія утворення сполук. Закон Гесса і наслідки із закону Гесса. (Уміти розв’язувати приклади на обчислення зміни ентальпії фізико-хімічних процесів).
4. Другий закон термодинаміки, його визначення. Самочинні процеси. Ентропія. Третій постулат термодинаміки. (Уміння розв’язувати приклади на обчислення зміни ентропії при фізико-хімічних перетвореннях).
5. Енергія Гіббса фізико-хімічних процесів. Енергія Гіббса – критерій самочинного протікання хімічних реакцій. (Уміти визначати ймовірність проходження хімічних процесів при різних температурах).
Література
[20], [21], [22], [23]
Зразок картки контролю знань
1. Другий закон термодинаміки (перший закон термодинаміки, ентропія і її властивості, вільна енергія Гіббса тощо).
2. При утворенні 8,10 г купрум(ІІ) хлориду із простих речовин (Cu i Cl2) виділяється 13,4 кДж тепла. Обчислити ентальпію утворення CuCl2.
(Варіанти: а) Визначити зміну ентропії
5,85г NaCl при нагріванні від 25 ºС до 820 ºС,
якщо температура його плавлення (tпл)
800 ºС, молярна теплоємність
до Тплстановить 50,66 кДж/моль·К,
а вище Тпл- Ср = 66,46 кДж/моль·К.
Теплота плавлення 30,18 кДж/моль; б)
Ентальпія згоряння метанолу становить
- 722 кДж/моль. Визначіть ентальпію його
утворення, якщо
,
)
3. Для реакції: CaCO3(к)= CaO(к)+ CO2(г), користуючись даними довідника:
- обчисліть ∆Нº і ∆Sº хімічної реакції;
- зробіть висновок про термодинамічну можливість чи неможливість цієї реакції за стандартних умов і при 2000К;
- визначіть рівноважну температуру цього процесу.
Завдання для самостійної роботи
Завдання І
Для наведених рівнянь реакцій визначіть двома способами стандартну енергію Гіббса реакції. Ця реакція екзо- чи ендотермічна? Чи може відбуватись ця реакція при стандартних умовах?
|
В |
Рівняння реакції |
|
1 |
CO2(г)+ H2 (г)= CO(г) + H2O(г) |
|
2 |
CO2(г)+ 4 H2 (г)= CH4 (г) + 2 H2O (p) |
|
3 |
4 NH3(г)+ 3 O2(г)= 2N2(г)+ 6H2O(p) |
|
4 |
4 NH3(г)+ 5 O2(г)= 4NO(г)+ 6H2O |
|
5 |
2SO2(г)+ O2(г)= 2SO3(г) |
|
6 |
2H2S(г)+ 3 O2(г)= 2SO2(г)+ 2H2O(г) |
|
7 |
CH4(г)+ H2O(г)= CO(г)+ 3H2(г) |
|
8 |
C2H5OH(p)= C2H4(г)+ H2O(г) |
|
9 |
2CO2(г)+ 2 H2O(г)= C2H4(г)+ 3O2(г) |
|
10 |
Ca(OH)2(k)+ CO2(г)= CaCO3(k)+ H2O(p) |
|
11 |
2KCl(k)+ 3O2(г)= 2KClO3(k) |
|
12 |
NH4NO3(k)= N2O(г)+ 2H2O(г) |
|
13 |
2SnO2(k)= 2SnO(k)+ O2(г) |
|
14 |
4FeO(k)+ O2(г)= 2Fe2O3(k) |
|
15 |
Fe3O4(k)+ H2(г)= 3FeO(k)+ H2O(г) |
Завдання ІІ
В-1.Під час відновлення 19,88 г купрум(II) оксиду воднем до купрум(І) оксиду виділяється 12,63 кДж.
Визначте ентальпію утворення Сu2О(к), якщо:
∆Н°утв. (СuO) = -156 кДж/моль,
∆Н° утв. (Н2О) = -286 кДж/моль.
В-2. Визначіть ступінь розкладу СаСО3, якщо при термічному розкладі його наважки масою 20 г затрачається 30 кДж тепла.
∆Н0утв. (СаO) = -635 кДж/моль;
∆Н0утв. (СаСO3) = -1206 кДж/моль;
∆Н0утв. (СO2) = -393,5кДж/моль.
В-3. Яка кількість тепла виділиться внаслідок згоряння 336 дм3 водяного газу (суміш однакових об'ємів Н2 і СО), взятого за нормальних умов?
(∆Н0утв. (Н2О) = -286 кДж/моль;
∆Н0утв. (СО) = -110,6 кДж/моль;
∆Н0утв. (СО2) = -393,8 кДж/моль).
В- 4. Визначте ∆G°298 реакції:
3 NiО(к) + 2А1(к) = 3 Nі(к) + А12О3(к)
∆Gº298 (NiO) = -211,6 кДж/моль,
∆Gº298 (А12О3) = -1583,3 кДж/моль.
В-5.Реакція між хлором і йодоводнем відбувається за рівнянням :
С12 + 2НІ = І2 + 2НС1
Якщо в реакції використано 1 л С12 (за н.у.), то виділяється 10,47 кДж тепла. Обчисліть тепловий ефект реакції.
В-6.Визначте зміну ентропії внаслідок плавлення 31,77 г міді. Температура плавлення міді дорівнює 1083 °С, теплота плавлення - 10 кДж/моль.
В-7. Визначте ∆Gº298 реакції:
2КС1О3(к) = 2 КС1(к) + 3 О2(г)
∆Н°утв.(КСlO3)= -391,2 кДж/моль; Sº(КСlO3)=143,0 Дж/моль·К; ∆Н°утв. (KCl)= -435,9 кДж/моль; Sº(KC1)=82,6 Дж/моль·К;
Sº(O2) = 205,0 Дж/моль·К.
В-8. Реакція горіння метану відбувається за рівнянням:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2 Н2О; ∆Н = -891,3 кДж.
Скільки тепла виділиться при згорянні 100 л метану за н.у.?
В-9. Визначте ∆G°298 реакції і покажіть, в якому напрямку можливий їхній перебіг за стандартних умов.
СаСО3(к) = СаО(к) + СО2(г),
∆Нºутв.(CaCO3)= -1207,7кДж/моль; Sº(CaCO3)=91,6Дж/моль·К;
∆Нºутв.(СаО)= -635,0 кДж/моль; Sº(CaO) = 39,7 Дж/моль·К; ∆Н°утв.(СО2)= -393,8 кДж/моль; Sº(CO2) = 213,8 Дж/моль·К.
В-10.Питома теплота плавлення заліза рівна 269,2 Дж/г. Температура плавлення його рівна 1539° С. Визначити зміну ентропії при плавленні 2 молів заліза.
В-11. Визначити ступінь розкладу МgСО3, якщо при термічному розкладі наважки масою 8,4 г затрачено 8,8 кДж тепла.
∆Н°утв.(MgO) = -601,2 кДж/моль;
∆Н°утв.(MgCO3) = -1096 кДж/моль;
∆Н°утв.(CO2) = -393,5 кДж/моль.
В-12.Яка реакція термодинамічно можлива за стандартних умов:
а) 2 КС1(к) + Вr2(г) = 2 КВr(к) + Сl2(г),
б) 2 КВr(к) + С12(г) = 2 КС1(к) + Вг2(г).
∆G0298 (КС1) = - 408,0 кДж/моль,
∆G0298 (КВг) = - 379,2 кДж/моль.
В-13. Визначте ∆G°298 реакції і покажіть, в якому напрямку можливий їхній перебіг за стандартних умов:
СuО(к) + С(гр) = Сu(к) + СO(г)
якщо ∆G0298 (CuO) = - 129,9кДж/моль,
∆G0298 (CO) = -137,2 кДж/моль.
В-14.При взаємодії 13,49 г А1 з надлишком сірки виділилось 127,2 кДж тепла. Визначте, скільки тепла виділиться при взаємодії трьох моль алюмінію з надлишком сірки.
В-15. Яку масу етену треба спалити, щоб нагріти 200 г води від 20 °С до 80 °С? (мольна теплоємність води 75,3 Дж/моль·К)