Kontrolnaja_rabota_ФИЗКОЛЛОИДНАЯ_

155.Вычислите работу, совершаемую при адиабатическом испарении 2 молей воды при постоянном давлении 3,04·105 Па. Температура 25 ºС.

156.Определитеколичествотеплоты, котороенеобходимо затратить, чтобы превратить 100 г льда, взятого при температуре–10 ºС, в воду при температуре 75 ºС. Ср(Н2О(т.))=78,33 Дж/(моль·К),

Ср(Н2О(ж))=75,24 Дж/(моль·К), Ср(Н2О(г))=34,4 Дж/(моль·К).

157. При 25 оС и 1,013·105 Па в сосуде находится 1 кг азота. Вычислите теплоту, изменение внутренней энергии и работу при изохорном увеличении давления до 2,026·105 Па и при изобарном расширении до трехкратного объема.

158. При горении в стандартных условиях 4 г водорода в кислороде с образованием жидкой воды выделяется 572 кДж теплоты. Чему равен тепловой эффект реакции Н2 + ½ О2 = Н2О при постоянном объеме?

159. Рассчитайте изменение внутренней энергии при испарении 1 кмоль муравьиной кислоты при 373 К, пользуясь справочными данными: Ткип.= 373 К, Нисп.= 22,24 кДж/моль.

160. При 298 К и давлении 1,013·105 Па испаряются 1 г воды и 1 г метанола. Рассчитайте, для какого из этих веществ потребуется больше теплоты на испарение и на сколько.

Нисп.(H2O) 40,66 кДж/моль, Нисп.(CH3OH) 38,45 кДж/моль.

161.При 373 К конденсируется 0,430 кг водяного пара. Теплота испарения воды 2253 кДж/кг. Вычислите работу, тепловой эффект и изменение внутренней энергии при конденсации данного количества водяного пара, считая, что пар подчиняется законам идеальных газов.

162.При 300 К газ в идеальном состоянии изотермически и обратимо расширяется от 0,01 до 0,1 м3. Количество поглощенной при этом теплоты равно 17,26 кДж. Сколько молей газа участвует в процессе?

163.Тепловой эффект реакции Mg(OH)2 = MgO + H2O, протекающей в открытом сосуде при 400 К и давлении 1,013·105 Па, составляет 89,03 кДж. Определите значение теплового эффекта,

43

если реакцию проводить при той же температуре, но в закрытом сосуде.

2.3.ТЕРМОХИМИЯ

2.3.1.ЗАКОН ГЕССА

Раздел физической химии, изучающий тепловые изменения при химических реакциях, называется термохимией.

Тепловым эффектом химической реакции называется коли-

чество теплоты, которое выделяется или поглощается в процессе, протекающем необратимо при условии, что объем или давление в системе постоянны, не совершается никакой работы, кроме работы расширения, а температура исходных веществ и продуктов реакции одинакова.

Тепловые эффекты, отнесённые к стандартным условиям

(25 оС (298,15 К), 101325 Па), называют стандартными тепловы-

ми эффектами. В качестве стандартного состояния для простых веществ принимают устойчивое фазовое и химическое состояние элемента при данной температуре.

Для расчета тепловых эффектов химических реакций используют термохимические уравнения, в которых указываются агрегатные состояния участвующих в реакции веществ, полиморфная модификация (для твердых веществ), тепловой эффект или изменение энтальпии реакции, рассчитанные для стандартных условий.

В термохимии, в отличие от термодинамики, принята следующая система знаков: теплота считается положительной, если она выделяется в окружающую среду, т.е. если энтальпия системы уменьшается (ΔН < 0 или U < 0). Поэтому

QV = –∆U (при V=const) и QP = –∆H (при p=const),

где QV, QP, ∆U, ∆H – соответственно тепловые эффекты химической реакции при постоянном объеме (изохорный тепловой эффект) и давлении (изобарный тепловой эффект), изменения внутренней энергии и энтальпии системы.

Таким образом, если в результате реакции теплота выделяется, а энтальпия системы уменьшается (Qr>0, Hr<0), то это – экзотермическая реакция, и наоборот, поглощение теплоты и увеличе-

44

ние энтальпии (Qr<0, Hr>0) характеризует эндотермическую реакцию. Связь между QV и QP выражается уравнением:

Qp QV nRT ,

где n – изменение химического количества газообразных веществ в ходе реакции:

n nj ni ,

j i

nj и ni – химические количества продуктов реакции и исходных веществ соответственно.

Расчеты в термохимии основаны на законе Гесса (1836): те-

пловой эффект химической реакции не зависит от пути её протекания, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы при p = const или V = const.

Обычно для расчетов используется не сам закон Гесса, а следствия из него.

Следствие 1. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и сумм теплот образования исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов.

где знак «º» означает стандартные условия, r – реакция (reaction), f – образование (formation), i – исходные вещества, j – продукты

– изменение энтальпии системы при протекании реакции и тепловой эффект реакции (Дж).

45

Стандартной энтальпией образования вещества ( Hоf ,T )

при заданной температуре называют изменение энтальпии в ходе реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ, находящихся в наиболее устойчивом стандартном состоянии.

Согласно этому определению, энтальпии образования наиболее устойчивых простых веществ в стандартном состоянии равны нулю при любой температуре. Стандартные энтальпии образования веществ при температуре 298 К приведены в справочниках.

Следствие 2. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания исходных веществ и сумм теплот сгорания продуктов реакции с учетом их стехиометрических коэффициентов.

где j – продукты реакции, i – исходные вещества, n – стехиометрические коэффициенты, Hс – энтальпии сгорания (combustion)

веществ.

Стандартной энтальпией сгорания вещества ( Hсо ) назы-

вают изменение энтальпии в ходе реакции полного окисления одного моля вещества при стандартных условиях. Стандартная теплота сгорания – это теплота, выделяющаяся при сгорании в атмосфере кислорода 1 моля вещества при стандартных условиях до высших оксидов, причём все участники реакции должны находиться в устойчивых агрегатных состояниях.

Это следствие обычно используют для расчета тепловых эффектов органических реакций. Теплоты сгорания веществ определяют калориметрически или приближенно рассчитывают по формуле Д.П.Коновалова:

Qvс 204,n 44,4m x ,

46

где n – число молей атомов кислорода, необходимых для полного сгорания одного моля данного вещества (по уравнению реакции), m – число молей молекул воды, образующихся при сгорании (по уравнению реакции); x – термическая характеристика (величина постоянная для всех членов одного гомологического ряда). Чем больше в соединении непредельных связей, тем больше значение x; если в молекулу входят различные группы и типы связей, то термическую характеристику определяют суммированием ( x).

Следствие 3 – приближенный метод расчета тепловых эффектов химических реакций по энергиям связей участвующих в реакции веществ. Тепловой эффект химической реакции Q равен разности сумм энергий связей в продуктах реакции и сумм энергий связей в исходных веществах.

Энергией связи A–B называют энергию, необходимую для разрыва связи и разведения образующихся частиц на бесконечно большое расстояние. Энергия связи всегда положительна.

В этом методе расчета сначала предполагают разложение исходных веществ на атомы, а затем образование из них конечного газообразного соединения. Первый этап связан с затратой энергии на разрыв связей в исходных веществах, а второй – с выделением энергии при образовании новых связей. Таким образом, изменение энтальпии системы при химической реакции равно разности энергий разрываемых и образующихся химических связей.

Приближенно энтальпии образования газообразных соединений по энергиям связей можно рассчитать по уравнению:

Hоf ,298 ni i nk Hвозг. nj j ,

где ni – число связей i-го вида, определяемое по термохимиче-

скому уравнению; i – энергия определенного вида связей в ис-

ходных веществах; nj , j – число связей и энергии образования связей в продуктах реакции; nk – число атомов в твердом вещест-

ве, определяемое по термохимическому уравнению; Hвозг. – эн-

тальпия возгонки твердого вещества в атомарном состоянии. Метод расчета теплот (энтальпий) образования по энергиям

связи целесообразно применять для алифатических органических соединений.

47

Зная энтальпию образования химического соединения в одном агрегатном состоянии, можно на основе закона Гесса вычислить энтальпию его образования в другом агрегатном состоянии:

Hгf Hтf Hвозг. Hжf Hисп. ,

Hжf Hтf Hпл. ,

Hвозг. Hпл. Hисп. ,

где Нпл., Нисп. и Нвозг. – молярные энтальпии плавления, испарения и возгонки данного химического соединения.

При термохимических расчетах для реакций, протекающих в растворах, надо учитывать тепловые эффекты (энтальпии) процессов растворения химических соединений в данном растворителе. Тепловой эффект (энтальпия) образования химического соединения в растворе, диссоциирующего в нем на ионы, определяется по теплотам (энтальпиям) образования ионов в растворе.

Теплота растворения твердого соединения с ионной кристаллической решеткой определяется в основном суммой двух величин: теплоты разрушения кристаллической решетки и теплоты сольватации ионов молекулами растворителя. B связи с тем, что на разрушение кристалла теплота затрачивается, а процесс сольватации сопровождается выделением теплоты, знак теплоты растворения может оказаться как положительным, так и отрицательным в зависимости от того, какое из двух слагаемых больше по абсолютной величине.

Прибавление воды к раствору также сопровождается тепловым эффектом – теплотой разведения. Чем разбавленнее раствор, тем теплота разведения меньше. Пользуясь интегральными теплотами растворения, можно вычислить теплоты разведения.

Под интегральной теплотой растворения понимают теплоту растворения 1 моля вещества в бесконечно большом количестве растворителя. Если растворитель химически взаимодействует с растворяемым веществом или вещество, растворяясь, подвергается ионизации, то теплоты растворения таких веществ, указанные в справочниках, включают в себя теплоту сольватации (гидратации) или теплоту ионизации.

При измерении теплоты растворения Qраств. растворяют g г исследуемого вещества в G г растворителя и определяют при по-

48

мощи термометра Бекмана изменение температуры (±Δt). Расчет ведут по формуле:

Qраств. (Срm Скал.) t ,

n

где m – масса раствора (m=G+g); n – химическое количество растворяемого вещества; Ср и Скал. – теплоемкости раствора и калориметра.

Для вычисления теплоты растворения 1 моля минеральной кислоты в n молях воды пользуются эмпирическими формулами:

а) HCl+(n+1)H2O,

QраствHCl . 50,1n 22,5(кДж/ моль); n 1

б) H2SO4+nH2O,

При растворении кристаллогидратов наблюдается более низкий тепловой эффект, чем при растворении безводной соли. Разность между теплотой растворения безводной соли Qбезв. и теплотой растворения ее кристаллогидрата Qкр. является теплотой гидратации Qгидр.:

Qгидр.= Qбезв. – Qкр..

Большинство термохимических данных в справочниках приведено для стандартных условий и температуры 298 К. Для расчета тепловых эффектов при других температурах используют уравнение Кирхгофа, отражающее зависимость тепловых эффектов от

если известны стандартные энтальпии образования всех участников данных реакций.

Решение. Выполним расчеты для температуры 25 оС и давления 1 атм, приняв давление постоянным в ходе реакций:

а) Hrо,298 508,2 2 288,5 2 94,1 2 556,0 205,4 44,0(ккал);

б) Hrо,298 1018,5 218,7 2 508,2 3 68,3 15,9(ккал).

Все исходные для расчетов величины взяты из справочников физико-химических свойств веществ.

Пример 2 Рассчитайте энтальпию полиморфного превращения 1 моля графита в алмаз при стандартных условиях, если известны стандартные энтальпии сгорания графита и алмаза при

Т= 298,15 К и Р = 1 атм.:

1.CГР + O2 CO2, Hcо (CГР) = –393,50 кДж/моль;

2.CАЛ + O2 CO2, Hcо (CАЛ) = –395,39 кДж/моль.

Решение. Запишем реакцию полиморфного превращения графита в алмаз:

CГР CАЛ .

В соответствии со следствием 3

Hrо,298 Hсо(CГР) Hсо (CАЛ ) 393,50 395,39 1,89(кДж).

Следовательно, процесс превращения графита в алмаз при стандартных условиях (если бы он имел место) должен был бы происходить с поглощением небольшого количества тепла.

Пример 3 Известны энтальпии реакций (1) и (2) при температуре 273 К и постоянном давлении 101,3 кПа. Рассчитайте при тех же условиях энтальпию реакции (3).

(1)C O2 CO2 , H1 = –405,8 кДж;

(2)Н2 12О2 Н2О г , H2 = –246,8 кДж;

Решение. Для определения энтальпии реакции воспользуемся законом Гесса. Термохимическое уравнение реакции (3) можно

50

получить в результате следующей комбинации термохимических уравнений реакций (1) и (2): (3) = (1) – 2 (2)

C O2 2H2 O2 CO2 2H2O

C 2H2O CO2 2H2

Следовательно:

H3 H1 2 H2 ; H3 405,8 2 246,8 87,8(кДж).

Пример 4 Определите энтальпию реакции

Al2O3 корунд 3SO3 г Al2 SO4 3 кр в стандартных услови-

ях при Т=298 К.

Решение. Для определения энтальпии реакции воспользуемся следствием 1 из закона Гесса. Стандартные энтальпии образования исходных веществ и продукта реакции находим в справочнике:

Пример 5. Используя стандартные энтальпии сгорания соединений, вычислите энтальпию реакции при температуре 298К

C2H5OH ж СН3СООН ж СН3СООС2Н5 ж Н2О ж .

Решение. Для определения энтальпии реакции воспользуемся следствием 2 из закона Гесса. Из справочника находим значения энтальпий сгорания веществ, участвующих в реакции:

Hrо,298 1366,9 873,8 2254,2 13,5(кДж/ моль).

Пример 6. Вычислите по энергиям химических связей стандартную энтальпию образования диэтилового эфира при температуре 298 К в газообразном состоянии. Энтальпия возгонки углеро-

да 523 кДж/моль.

Решение. В состав молекулы диэтилового эфира C2H5 2O

входят химические элементы С, Н, О, которые могут образовать простые вещества С (графит), О2 (газ), Н2 (газ). Составим уравнение образования диэтилового эфира из простых веществ:

определите зависимость энтальпии реакции от температуры, рассчитайте значение энтальпии реакции в стандартных условиях и при температуре 500 К:

Решение. Приближенный метод: принимаем, что Cp реак-

ции не зависит от температуры в интервале температур 298 – 500 К.

52

Для расчета энтальпии реакции воспользуемся уравнением Кирхгофа:

Вопросы и упражнения

1.Что называется тепловым эффектом химической реакции?

2.Сформулируйте закон Гесса и следствия, вытекающие из него. Каково значение этого закона?

3.Объясните, почему закон Гесса есть частный случай первого закона термодинамики.

4.Какие уравнения называют термохимическими? Чем они отличаются от обычных химических уравнений?

5.Применяя математическое выражение первого закона термодинамики, покажите, что тепловой эффект при постоянном давлении есть изменение энтальпии, а тепловой эффект при постоянном объеме – изменение внутренней энергии химической реакции.

6.Какие химические реакции называют экзотермическими и эндотермическими? Приведите примеры. Каким математическим знаком обозначают теплоту, подведенную к системе в термодинамике и в термохимии; теплоту, выделенную системой?

7. Почему для конденсированных систем разница между H

53

и U мала, а для газообразных – значительна? Напишите уравнение, выражающее связь между тепловым эффектом при постоянном давлении и тепловым эффектом при постоянном объеме.

8.Дайте определение понятиям «теплота образования», «теплота разложения», «теплота растворения», «теплота сгорания», «теплота нейтрализации».

9.Сформулируйте закономерности, установленные для теплот образования химических соединений.

10.Чем объяснить постоянство теплот нейтрализации сильной кислоты сильным основанием?

11.Одинаковый ли тепловой эффект будет при: а) нейтрализации серной кислоты гидроксидом натрия; б) нейтрализации серной кислоты гидроксидом аммония? Дайте объяснение.

12.Будет ли наблюдаться выделение или поглощение теплоты при сливании разбавленных растворов: а) хлорида калия и бромида натрия; б) хлорида калия и нитрата серебра; в) сульфата натрия и нитрата свинца; г) хлорида кальция и нитрата натрия?

13.Как зависит тепловой эффект химической реакции от температуры? Напишите математическое выражение закона Кирхгофа. В каких случаях тепловой эффект химической реакции не зависит от температуры? Почему?

Задачи

164. Горениефосфора можновыразить уравнением:4Р+5О2= 2Р2О5. Представьте этот процесс термохимическим уравнением, если известно, что при сгорании фосфора массой 1 г выделяется 24,7 кДж теплоты. (1530 кДж)

165.Теплота сгорания этилового спирта С2Н5ОН равна 1367,7 кДж/моль. Определите теплоту образования этилового спирта, если при горении образуются углекислый газ и вода в жидком состоянии. (278 кДж/моль)

166.Теплота полного сгорания сероуглерода равна 1076 кДж/моль. Определите теплоту образования сероуглерода.

167.Определите теплоту полного сгорания нитробензола, если его теплота образования равна 15,9 кДж. (3090 кДж)

54

168. Вычислите теплоту образования оксида Fe2O3, если известно, что при реакции 4А1 + Fe2O3 = A12O3+2Fe на каждые 80 г восстанавливаемого оксида железа (III) выделяется

424,1 кДж тепла. Hf(Al2O3) = –1671 кДж/моль. (823 кДж/моль)

169.Вычислите тепловой эффект реакции при постоянном давлении и температуре 25 ºС: 2NH4C1 + Н2SО4(ж) = (NH4)2SO4(тв) + +2НС1(г).

170.Определите тепловой эффект реакции восстановления 1 моля оксида железа Fe2O3 с помощью металлического алюминия.

171.Теплоты горения алмаза и графита соответственно равны 395,7 кДж и 393,77 кДж. Вычислите теплоту образования алмаза из графита. (1,88 кДж/моль)

172.Вычислите тепловой эффект реакции при 25 ºС:

СаС2(тв) + 2Н2О(ж) = Са (ОН)(тв) + С2Н2(г). (126 кДж)

173.Определите тепловой эффект основного процесса доменной печи: Fe2O3 + 3СО = 2Fe + ЗСО2. (26,8 кДж)

174.Реакция разложения карбоната кальция выражается

уравнением СаСО3 = СаО + СО2, Н = 145,3 кДж. Сколько теплоты надо затратить для разложения СаСО3 массой 600 г?

175. *Вычислите энтальпию реакции восстановления оксида FeO водородом, пользуясь следующими данными:

FeO + СО = Fe + СО2, Н = –13,19 кДж; СО + ½О2 = СО2, Н = –283,2 кДж; Н2 + ½О2 = Н2О (г), Н = –242 кДж.

176. *Вычислите энтальпию образования серного ангидрида, исходя из следующих данных:

PbO(тв) + Sромб. +3/2О2 = PbSO4, ΔH = –693,3 кДж;

PbO(тв) + H2SO4 5H2O = PbSO4 + 6Н2О(ж), Н = –97,55 кДж; SО3(г) + 6Н2О(ж) = H2SO4 5H2O, ΔH= –172,1 кДж.

177. Определите теплоту сгорания фосфина

2РН3 + 4О2 = P2О5 + ЗН2О(ж) + Q,

используя следующие термохимические уравнения:

55

2Р + 3Н2=2РН3 – 48,69 кДж; 2Р + 5/2О2 = P2О5 + 1508,4 кДж;

Н2 + 1/2О2 = Н2О(ж) + 285 кДж. (1206,045 кДж/моль)

178. Определите теплоту сгорания этилового спирта

C2H5OH + 3О2 = 2СО2 + 3Н2O(ж) + Q ,

исходя из следующих данных: С + О2 = СО2 + 394 кДж,

Н2 + 1/2О2 = Н2О(ж) + 285 кДж, 2С + 3Н2 + 1/2О2 = С2Н5ОН + 278,2 кДж. (1364,8 кДж/мол)

179. Определите теплоту образования сероуглерода, используя следующие термохимические уравнения:

S + О2 = SО2 + 297,5 кДж,

CS2 + 3О2 = СО2 + 2SО2 + 1109,9 кДж,

С + О2 = СО2 + 394,0 кДж. (-120,9 кДж/моль)

180. Определите теплоту образования нафталина 10С+4Н2=С10Н8+Q при постоянном давлении и 18 ºС, если

С10Н8 + 12О2 = 10СО2 + 4Н2О(ж) + 5162 кДж, С + О2 = СО2+394,0 кДж, Н2 +1/2О2 = Н2О(ж) +285 кДж.

Теплота сгорания нафталина дана при постоянном объеме и 18 ºС; теплоты образования СО2 и воды – при постоянном давлении и той же температуре. (–86,84 кДж/моль)

181. Определите, какое количество теплоты выделится при взаимодействии 30 кг оксида фосфора (V) с водой Р2О5+Н2О=2НРО3+Q, если известны тепловые эффекты реакций:

2Р +5/2O2 = Р2O5 + 1508,4 кДж,

Н2 +1/2O2 = H2О(ж) + 285 кДж,

2Р + Н2 + ЗO2 = 2НРО3 +1912,3 кДж. (25130 кДж)

182. Определите количество теплоты, выделяющейся при гашении 500 кг извести водой, если

Са + 1/2О2 = СаО + 636,9 кДж, Са + О2 + Н2 = Са(ОН)2 + 988,0 кДж,

Н2 + 1/2О2 = Н2О(ж) + 285 кДж. (5,893·105 кДж)

56

183. Рассчитайте тепловой эффект реакции CH4 + Cl2 = CH3Cl+ + HCl, если при данной температуре известны тепловые эффекты следующих реакций:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O, Н = –892,0 кДж; CH3Cl + 3/2O2 = CO2 + H2O, Н = –687,0 кДж; H2 + 1/2O2 = H2O, Н = –286,0 кДж;

1/2H2 + 1/2Cl2 = HCl, Н = –92,5 кДж.

184. *Определите теплоты образования веществ при посто-

г) 1/2N2 + О2 = NО2, Н = 33,87 кДж.

(а) 241 кДж; б) 43,7 кДж; в) 269 кДж; г) –32 кДж)

185. *Вычислите тепловой эффект реакции при 25 ºС при постоянном давлении и при постоянном объеме. Реакции выражаются уравнениями:

а) SO2 + Cl2 = SO2Cl2(г); б) СО + Cl2 = СОС12(г);

в) СН4 + СО2 = 2СО + 2Н2.

(а) 46,4кДж, 43,9 кДж; б) 113 кДж, 110 кДж; в) -247 кДж, –242 кДж)

186.*При горении в стандартных условиях водорода массой 2 г в кислороде с образованием жидкой воды выделяется 286 кДж. Чему равен тепловой эффект реакции при постоянном объеме? (282 кДж)

187.Определите теплоту образования оксида меди (II), зная, что при восстановлении 1 моля оксида меди (II) углем с образованием оксида углерода (II) поглощается 44,74 кДжтепла. (155 кДж)

188.*Вычислите тепловой эффект при постоянном давлении

ипостоянном объеме при 25 ºС для реакции, которая выражается уравнением: СО2 + Н2 = СО + Н2О(ж). (2800 Дж; 322 Дж)

189.Определите тепловой эффект реакции 3С2Н2(г) С6Н6 в стандартных условиях, если теплоты сгорания ацетилена 1300 кДж/моль, а жидкого бензола равна 3270 кДж/моль. (630

57

кДж)

190. Вычислите теплоту образования ацетилена из простых веществ в стандартных условиях: 2С(т) + Н2(г) = С2Н2. Теплоты сгорания твердого углерода, водорода и ацетилена соответственно равны 393,8 кДж/моль, 286 кДж/моль и 1300 кДж/моль. (–226 Дж)

191.Для определения теплоты образования оксида цинка в калориметрической бомбе сожгли цинк массой 3,27 г. При этом выделилось 17,37 кДж теплоты. Какова теплота образования оксида цинка? (347 кДж)

192.Тепловой эффект сгорания нафталина до диоксида углерода и воды (в жидком состоянии) при постоянном объеме и 18 ºС равен 5162 кДж/моль. Определите тепловой эффект сгорания нафталина при постоянном давлении и той же температуре. (5166,84 кДж/моль)

193.Определите тепловой эффект реакции Fе3O4+СО=3FеО + +CO2 + Q, если теплоты образования FeO и Fе3О4 равны 263,7 и 1117,7 кДж/моль, а теплота сгорания оксида углерода 283,4 кДж/моль. Рассчитайте тепловой эффект этой же реакции, используя справочные величины энтальпий участвующих в реакции веществ. (–43,20 кДж/моль; –43,66 кДж/моль)

194.Воспользовавшись таблицей стандартных значений энтальпий, вычислите QV для реакций:

а) 2Н2S + О2 = 2Н2О(ж) + 2S(тв) + QV; б) NH3 + НСl = NH4Cl(тв) + QV.

(а) 523,95 кДж; б) 171,94 кДж)

195.Вычислите разность между QP и QV при 25 ºС для реакций полного сгорания бензола, нафталина и этилена с образова-

нием диоксида углерода и воды (в жидком состоянии). (3716 Дж; 4955 Дж; 4955 Дж)

196. Вычислите стандартную теплоту реакции дегидрирования этана 2С2Н6 = 2СН4 + С2Н2 + Н2, проводимой в газовой фазе. Теплоты сгорания этана, метана, ацетилена и водорода (кДж/моль)

соответственно равны 1560; 890,2; 1299,0; 285,9. (–245,3 кДж)

58

197.Вычислите теплоту образования бензола 6С+3Н2=С6Н6+Q, если теплоты сгорания водорода, углерода и бензола соответственно равны (кДж/моль) 285,0; 394,0; 3282,4 (вода образуется в жидком состоянии). (–63,4 кДж/моль)

198.Вычислите тепловые эффекты следующих реакций:

а) С2Н4 + 2Н2О(ж) = 2СО + 4Н2 + Q1,

б) Fe3O4 + Н2 = 3FeO + H2O(ж) + Q2,

используя табличные (справочные) величины энтальпий образования веществ при стандартных условиях. (-298,4 кДж/моль; -40,83 кДж/моль)

199. Определите стандартную теплоту реакции получения 1,3-бутадиена из этанола, протекающей в газовой фазе (25 ºС): 2C2H5OH = C4H6 + Н2 + 3Н2О(пар). В расчете воспользуйтесь справочными величинами энтальпий образования участвующих в реакции веществ. (–98,82 кДж/моль)

200. Один из методов получения ацетилена – окислительный пиролиз метана (неполное горение в кислороде):

11СН4 + 7О3 = 2С2Н2 + 14Н2 + СО2 + 6Н2О + 6СО.

(Все вещества в газообразном состоянии.) Вычислите стандартную теплоту реакции, воспользовавшись справочными величинами энтальпий образования участвующих в реакции веществ. (1230,7 кДж)

201. Воспользовавшись таблицей стандартных значений энтальпий образования веществ, вычислите тепловой эффект реакции нитрования бензола:

С6Н6(ж) + HNO3(ж) = C6H6NO2(ж) + Н2О(ж). (150,68 кДж/моль)

202. Определите, какое количество теплоты потребуется для образования 100 г уксусноэтилового эфира по реакции

С2Н5ОН + СН3СООН = СН3СООС2Н5 + Н2О – Q,

если теплоты сгорания этилового спирта, уксусной кислоты и уксусноэтилового эфира соответственно равны 1374; 871,6 и 2256 кДж/моль. (–11,80 кДж)

203. Рассчитайтетепловойэффектреакции CO+3H2 =CH4 +H2O, протекающей при 1200 К и постоянном объеме, пользуясь спра-

59

вочными данными. Считайте, что теплоемкость всех веществ в интервале от 298 до 1200 К постоянна.

204.Разложение гремучей ртути происходит согласно урав-

нению Hg(CNO)2 Hg + 2СО + N2 + 364,2 кДж/моль. Определите объем выделяющихся газов при н.у. и количество теплоты при взрыве 1 кг Hg(CNO)2. (1279 кДж; 0,2361 м3)

205.Рассчитайте теплоту образования этилена 2Сгр+2Н2=С2Н4+Q по величинам энергии связей. Сравните полученный результат с табличным – Qобр= –52,28 кДж/моль. (–52,20 кДж/моль)

206.Рассчитайте теплоту образования н-бутана по энергиям связей: 4Сгр + 5Н2 = С4Н10 + Q. (120,4 кДж/моль)

207.Вычислите теплоту образования метанола по величинам энергий связей: СГР + 2Н2 + 1/2О2 = СН3ОН +Q. Сравните полученный результат с табличной величиной: Qобр=238,7 кДж/моль. (236,8 кДж/моль)

208.Рассчитайте тепловой эффект реакции сгорания этилаце-

тата СН3СООС2Н5(ж) до СO2 и Н2О(ж) по энергиям разрыва связей при 298 К. Теплота испарения этилацетата 31,47 кДж/моль, а

воды – 44,0 кДж/моль. (2196,53 кДж)

209.Вычислите тепловой эффект дегидратации этилового

спирта: C2H5OH(ж) CH2=CH2 + H2O(ж) + Q. Энергии соответствующих связей найдите в таблице справочника. Теплота испарения этилового спирта 41,68 кДж/моль, а воды 44,0 кДж/моль. (-66,08 кДж/моль)

210.По энергиям связей (взять из справочника) вычислите тепловой эффект дегидрирования 1 моля жидкого метанола по

уравнению реакции: CH3OH(ж) CH2O(г) + H2 + Q. Теплота испарения метилового спирта 35,2 кДж/моль. (-95,8 кДж/моль)

211. Определите теплоту растворения соли MgSO4 7Н2О, если теплота растворения безводной соли при 18 ºС равна 85 кДж/моль, а теплота гидратации этой соли равна

101,1 кДж/моль. (–16,1 кДж/моль)

60

212.Определите теплоту растворения соли Na2SO3 7Н2О, если при растворении безводной соли массой 100 г в воде количеством 800 моль выделилось 8,96 кДж теплоты, а теплота гидратации этой соли равна 58,2 кДж/моль. (–46,9 кДж/моль)

213.*При растворении гидроксида натрия массой 10 г в воде массой 250 г температура раствора повышается на 9,5 ºС. Определите теплоту растворения гидроксида натрия, принимая удельную теплоемкость раствора равной 4,19 Дж/(г·К). (41,4 кДж/моль)

214.*Теплота растворения соли NH4NO3 равна –26,8 кДж/моль. Определите, как и на сколько градусов Цельсия изменится температура при растворении соли массой 20 г в воде массой 180 г. Удельная теплоемкость полученного раствора равна 3,77 Дж/(г·К). (–9 ºС)

215.При растворении безводного сульфата меди массой 32 г

вводе массой 80 г выделяется 13,3 кДж теплоты, а при раство-

рении CuSO4 5Н2О массой 50 г в том же количестве воды поглощается 2,34 кДж. Определите теплоту гидратации сульфата меди. (78,3 кДж)

216. Теплоты растворения MgSO4, MgSO4 H2O и MgSO4 7H2O соответственно равны 84,85; 55,64 и –15,9 кДж/моль. Каковытеплотыгидратацииприпереходах:а)MgSO4 MgSO4 H2O,

б) MgSO4 MgSO4 7H2O, в) MgSO4 H2O MgSO4 7H2O?

217.Определите теплоту растворения соли CuSO4 5H2O, если при растворении 100 г безводной соли в 800 моль воды выделилось 8,96 кДж теплоты, а теплота гидратации этой соли равна 58,2 кДж/моль.

218.*При нейтрализации серной кислоты массой 6,86 г гидроксидом натрия до образования гидросульфата натрия выделяется 4,32 кДж теплоты, а при нейтрализации этого же количества кислоты до сульфата натрия выделяется 9,26 кДж теплоты. Вычислите энтальпию взаимодействия гидросульфата натрия с гидроксидом натрия.

219. *Теплоты нейтрализации NaOH и NH4OH хлороводо-

61

родной кислотой соответственно равны 57,3 кДж и 51,4 кДж. Определите теплоту диссоциации NH4OH, считая его практически недиссоциированным.

220.Вычислите интегральную теплоту растворения хлорида калия в воде, если в результате растворения навески 9,3413 г в 445,38 г воды температура понизилась на 1,115. Теплоемкость полученного раствора 4,068 Дж/(г·К), а теплоемкость калоримет-

ра – 122,7 Дж/К. (–17,58 кДж/моль)

221.Рассчитайте интегральную теплоту растворения безводного сульфата меди при 20 ºС, если интегральная теплота раство-

рения кристаллогидрата CuSО4 5H2О при данной температуре равна –11,94 кДж/моль, а теплота гидратации безводной соли CuSО4 при переходе ее в кристаллогидрат – 78,50 кДж/моль. (66,56 кДж/моль)

222.Какое количество теплоты выделится при растворении 50 г моногидрата серной кислоты в 100 см5 воды? (32,73 кДж)

223.Какое количество теплоты выделится при растворении 200 г 38%-ой соляной кислоты в 400 см3 воды? (142,3 кДж)

224.Какое количество теплоты выделится при растворении 100 г 67%-ой азотной кислоты в 150 см3 воды? (32,72 кДж)

225. Вычислите теплоты сгорания Qv,c и Qp,c метилацетилена СНз–С≡СН. Сравните полученный результат с табличной вели-

чиной (Qp,c=1946 кДж/моль). (1941,55 кДж/моль; 0,23 %)

226. Вычислите тепловой эффект реакции гидролиза мочевины до СО2 и NН3 по стандартным теплотам образования веществ. Может ли эта реакция протекать самопроизвольно? Ответ подтвердите расчетом.

2.3.2. ЗАКОН КИРХГОФА

Влияние температуры на величины тепловых эффектов описывает закон Кирхгофа: температурный коэффициент

(α) теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоемкости системы в ходе реакции.

62