Zadachi po obshei himii
.pdfПараметр |
|
Обозначение, |
Смысловое значение |
||||||||||
|
|
|
|
единица |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
равно теплоте, подведенной к |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
системе в обратимом изотерми- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ческом процессе, деленной на |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
абсолютную температуру, при |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
которойосуществляетсяпроцесс |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Энтальпия |
|
|
H, кДж/моль |
Функциясостояния,характери- |
|||||||||
|
|
|
H U pV, |
зующая энергетическое состо- |
|||||||||
|
|
H |
|
U |
|
яние системы в изобарно-изо- |
|||||||
|
|
|
|
|
p V |
термических условиях |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Энтальпия |
Hр-ции, кДж/моль |
Количество |
теплоты, |
которое |
|||||||||
реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выделяется |
или |
поглощает- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ся при проведении химических |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакций в изобарно-изотерми- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ческих условиях |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Стандартные |
|
|
|
|
с. у. |
|
|
Давление: 101 325 Па |
|
||||
условия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
760 мм рт. ст., |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
температура: 25 ÆС |
|
298 К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Стандартная |
HÆ |
|
(вещество, |
При с. у. принимается равной |
|||||||||
энтальпия |
|
|
обр 298 |
|
|
|
|
нулю для простых веществ в |
|||||
агрегатное состояние), |
|||||||||||||
образования |
|
|
|
|
кДж/моль |
их наиболее термодинамически |
|||||||
простых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
устойчивом агрегатном и алло- |
|||
веществ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тропном состояниях |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Стандартная |
HÆ |
|
(вещество, |
Энтальпия реакции образова- |
|||||||||
энтальпия |
|
|
обр 298 |
|
|
|
|
ния 1 моль этого вещества из |
|||||
агрегатное состояние), |
|||||||||||||
образования |
|
|
|
|
кДж/моль |
простых веществ в с. у. |
|||||||
сложных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
веществ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Стандартная |
|
|
Æ |
|
|
|
|
Энтальпия |
сгорания |
(окисле- |
|||
энтальпия |
|
Hсгор X , кДж/моль |
ния) 1 моль вещества до выс- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
сгорания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ших оксидов в среде кислорода |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при с. у. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Энтальпия |
Hр-ния, кДж/моль |
Тепловой эффект растворения |
|||||||||||
растворения |
|
|
|
|
Hр-ния |
твердого вещества в изобарных |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
условиях |
|
|
|
|
|
|
|
c m(р-ра) TM(в-ва) , |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
m(в-ва) |
|
|
|
|
|
|||
|
где c — теплоемкость |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
раствора |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41
Параметр |
|
Обозначение, |
Смысловое значение |
|||||||||||||
|
единица |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Энергия |
|
G, кДж/моль |
Свободная энергия, обобщен- |
|||||||||||||
Гиббса |
|
G |
H |
TS, |
ная термодинамическая функ- |
|||||||||||
|
G H T S, |
ция состояния системы, учиты- |
||||||||||||||
|
|
|
|
Æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
вающая энергетику и неупоря- |
|||
|
|
|
|
Gр-ции |
|
|
|
доченность системы в изобар- |
||||||||
|
|
|
|
Æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
i GI прод. р-ции |
но-изотермических условиях |
||||||||||||||
|
i |
|
|
|
Æ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Gi |
исх. в-в |
|
|||||||||||
Константа |
Kравн, моль л , где |
Равна отношению произведе- |
||||||||||||||
равновесия |
зависит от значений |
ния равновесных концентраций |
||||||||||||||
химической |
стехиометрических ко- |
продуктов реакции к произве- |
||||||||||||||
реакции |
эффициентов веществ. |
дению равновесных концентра- |
||||||||||||||
|
|
Для реакции |
ций реагентов в степенях, рав- |
|||||||||||||
|
aA bB сC |
dD |
ных стехиометрическим коэф- |
|||||||||||||
|
|
Kравн |
|
|
|
|
C c D d |
фициентам |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
A |
a |
|
b |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Уравнение |
Для обратимой реакции |
Позволяет рассчитать энергию |
||||||||||||||
изотермы |
aA bB сC |
dD |
Гиббса при заданных значениях |
|||||||||||||
Вант-Гоффа |
Gр-ции |
GрÆ-ции |
концентраций реагентов и про- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
cd D cc |
C |
дуктов реакции |
||||||||
|
RT ln |
|
|
|
|
, |
|
|||||||||
|
|
ca A cb |
B |
|
||||||||||||
|
GрÆ-ции RT ln Kравн, |
|
||||||||||||||
|
Gр-ции RT ln Kравн |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
cd D cc |
C |
|
||||||||
|
RT ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
||||
|
|
ca A cb |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
B |
|
|||||||||
|
|
Gр-ции |
RT |
|
||||||||||||
|
|
cd D cc C |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
ln |
|
ln Kравн |
|
||||||||||||
|
ca A cb B |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
Закон дей- |
v kcnA |
A cnB B |
Скорость реакции пропорцио- |
|||||||||||||
ствующих |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нальна произведению концен- |
масс для |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
траций реагирующих веществ |
кинетики |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в степенях, которые называют- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ся порядками реакции по соот- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ветствующим веществам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Порядок |
|
|
|
|
|
ni |
|
|
|
|
|
Показатель степени, в которой |
||||
реакции по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
входит концентрация реаген- |
веществу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
та в уравнение для скорости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
химической реакции. Порядок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42
Параметр |
|
Обозначение, |
|
Смысловое значение |
||||||||||||
|
|
единица |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
может быть любой величиной: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
целой, дробной,положительной, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нулем, отрицательной и даже |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
переменной, зависящей от глу- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
бины протекания реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Общий поря- |
n |
nA |
nB |
|
Сумма порядков реакции по |
|||||||||||
док реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
всем реагентам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Средняя |
|
|
v, моль л |
|
с |
Усредненная скорость реакции |
||||||||||
скорость |
|
|
v |
|
1 |
|
|
ci |
|
заданныйпромежутоквремени; |
||||||
реакции |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
i — стехиометрический коэф- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фициент вещества в реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Средняя |
|
vi, моль л |
|
с |
Усредненная скорость по ве- |
|||||||||||
скорость |
|
|
vi |
ci |
|
|
ществу за данный промежуток |
|||||||||
реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
времени |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
по веществу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Истинная |
|
|
v, моль л |
|
с |
Характеризует скорость реак- |
||||||||||
скорость |
|
|
v |
|
1 |
|
|
|
|
dci |
|
|
ции в данный момент времени |
|||
реакции |
|
|
|
i |
d |
t |
0); i — стехиометри- |
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ческий коэффициент вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Истинная |
|
vi, моль л |
|
с |
Характеризует скорость по ве- |
|||||||||||
скорость |
|
|
vi |
dci |
|
|
|
ществу в данный момент време- |
||||||||
реакции |
|
|
d |
|
|
ни 0 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
по веществу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Константа |
k, c |
1 — для реакций |
Индивидуальнаяхарактеристи- |
|||||||||||||
скорости |
|
|
1-го порядка; |
кареакции, численно равнаско- |
||||||||||||
реакции |
л |
|
|
|
с |
|
— для |
рости реакции при концентра- |
||||||||
|
|
моль |
|
|
|
циях реагентов,равных 1моль/л |
||||||||||
|
реакций 2-го порядка |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
Энергия |
|
|
Eа, кДж/моль |
Минимальнаяизбыточнаяэнер- |
||||||||||||
активации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гия взаимодействующих частиц, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
достаточная для того, чтобы эти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частицывступиливхимическую |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакцию |
|
|
|
|
||||||||||||||
Период |
1 2, с, мин, ч, сут |
Время, за которое концентра- |
||||||||||||||
полупревра- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ция |
реагирующего вещества |
щения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уменьшается вдвое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43
Параметр |
|
|
|
Обозначение, |
|
Смысловое значение |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
единица |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Период |
1 2, с, мин, ч, сут, год |
Время, за которое количество |
|||||||||||||||||||||||
полураспада |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
радиоактивного веществаумень- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шается в 2 раза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Кинетическое |
|
|
|
c |
c0e |
|
k |
, |
|
|
|
|
|
|
Уравнение линейно относитель- |
||||||||||
уравнение |
|
|
ln c |
ln c0 |
|
kt, |
|
но переменных ln c и t; k — кон- |
|||||||||||||||||
для реакций |
|
|
|
|
|
k |
|
ln 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
станта скорости реакции 1-го |
||||||||
1-го порядка |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
порядка; c0 — концентрация |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
(интеграль- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
исходного вещества в началь- |
|
ная форма) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный момент времени; c — те- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кущая концентрация исходного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вещества в момент времени t; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t — время, прошедшее от на- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чала реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Правило |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T2 T1 |
|
|
С увеличением температуры на |
|||||||||||
Вант-Гоффа |
|
|
v2 |
v1 |
|
10 |
|
, |
|
|
|
|
каждые 10 градусов скорость |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T2 T1 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
химической реакции возраста- |
||||||||||||
|
|
|
k2 |
k1 |
|
10 |
|
, |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
где — температурный |
ет в 2–4 раза. (Для биохимиче- |
|||||||||||||||||||||||
|
коэффициент скорости |
ских реакций |
достигает зна- |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
реакции; v1 и v2 — |
|
чений 7–9) |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
скорости реакции при |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
температуре T1 и T2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
соответственно |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уравнение |
|
|
|
k |
Ae |
|
Eа |
|
|
|
|
|
|
|
Устанавливает |
связь между |
|||||||||
Аррениуса |
|
|
|
|
RT , |
|
константой скорости реакции, |
||||||||||||||||||
|
|
где k — константа |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
энергией активации и темпера- |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
скорости реакции; |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
турой |
|
||||||||||||||||||||
|
|
A — предэкспонен- |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
циальный множитель; |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Eа — энергия |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
активации |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
ln k |
|
ln A |
|
Eа |
, |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RT |
|
|
|
|||||
|
ln |
|
k2 |
|
|
Eа |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
, |
|
|
|||||||
|
|
k1 |
R |
T2 |
T1 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
ln |
|
k2 |
|
|
Eа T1 |
T2 |
. |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
k1 |
|
|
R |
|
|
T1T2 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
Если A |
const, то |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
ln |
k2 |
|
|
|
|
|
Eа2 Eа1 |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
k1 |
|
|
|
|
|
|
|
RT |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
44
ЗАКОН Г. И. ГЕССА И ОСНОВНЫЕ СЛЕДСТВИЯ ИЗ НЕГО
Энтальпия реакции Hр-ции , т. е. тепловой эффект реакции при изобарно-изотермических условиях (p t const), зависит от природы и состояния исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути, по которому протекает реакция
HрÆ-ции
i HiÆ
обр прод. р-ции
i HiÆ
обр
исх. в-в
HрÆ-ции
|
HÆ |
i |
i |
сгор
исх. в-в
|
HÆ |
i |
i |
сгор
прод. р-ции
Задачи с решениями
1. Определите значение энтальпии реакции гидролиза мочевины — одного из важнейших продуктов жизнедеятельности организма — при 298 K, если известны стандартные энтальпии образования веществ, участвующих в реакции:
HÆ
обр
CO NH2 |
2 (р-р) |
319 2 кДж/моль;
HÆ
обр
H2O(ж)
285 8 кДж/моль;
HÆ
обр
CO2 (водн)
413 6 кДж/моль;
HÆ
обр
NH3 (водн)
79 9 кДж/моль.
Решение. Реакция гидролиза мочевины:
CO NH2 2 (р-р) H2O(ж) CO2 (водн) 2NH3 (водн)
Согласно первому следствию из закона Гесса тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования реагирующих веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:
HрÆ-ци
HÆ
обр
CO2 водн
2 HÆ |
NH3 водн |
обр |
|
HÆ
обр
CO NH2 |
2(р-р) |
HÆ
обр
H2O(ж)
413 6
2 |
|
79 9
319
2
285 8
31 6 кДж.
Ответ: энтальпия реакции гидролиза мочевины до CO2 и NH3 равна 31 6 кДж. Процесс эндотермический.
45
2. Вычислите тепловойэффект реакции Hр-ции прис. у.: 4NH 3(г) 5O2(г) 4NO (г) 6H2O(ж)
пользуясьсправочнымизначениями стандартныхтеплот (энтальпий) образования веществ.
Решение. |
Позакону Гесса: |
|
|
|
|
||
Hр-ции |
i Hобр прод. р-ции |
|
i Hобр исх. в-в ; |
||||
Hр-ции |
4 Hобр NO г |
6 Hобр H2O ж |
|||||
4 Hобр NH 3 |
г |
5 Hобр O |
2 г |
; |
|
|
|
4 90 |
6 |
286 |
4 |
46 |
5 |
0 |
117 2 кДж/моль. |
Ответ |
: тепловой эффект реакции |
1172 кДж/моль, т. е. |
|||||
Hр-ции |
0, процессэкзотермический. |
|
|
3. Определитетепловойэффектреакциисинтезадиэтилового эфира, применяемогов медицинедлянаркоза, при 298 К:
2C2H5OH (ж) C2H5OC 2H5(ж) H2O(ж)
еслиизвестныстандартныеэнтальпиисгораниявеществ, участвующихв реакции:
Hсгор C2H5OC 2H5(ж) |
2727 кДж/моль; |
Hсгор C2H5OH (ж) |
1371 кДж/моль; |
Hсгор H2O(ж) 0 кДж/моль.
Решение. Согласно второму следствию из закона Гесса тепловойэффектхимическойреакцииравенразностимеждусуммой теплотсгоранияисходныхвеществисуммойтеплотсгоранияпродуктовреакциис учетомстехиометрическихкоэффициентов:
Hр-ции |
2 Hсгор C2H5OH (ж) |
|
Hсгор C2H5OC 2H5 ж |
Hсгор H2O ж |
|
2 1371 |
2727 0 |
15 кДж моль |
Ответ : тепловойэффектсинтезадиэтиловогоэфирасоставляет 15 кДж/моль.
46
4. Вычислите тепловойэффект реакций Hр-ции прис. у.:
C6H12O6 (р-р) 2C2H5OH (ж) 2CO 2 (г)
пользуясьсправочнымизначениями стандартныхтеплот (энтальпий) сгораниявеществ.
Решение. Позакону Гесса:
Hр-ции |
i Hсгор исх. в-в |
i Hсгор.(прод. р-ции); |
||||
Hр-ции |
Hсгор C6H12O6 р |
|
р |
2 Hсгор C2H5OH ж ; |
||
|
||||||
Hр-ции |
2810 |
2 |
1370 7 |
68,6кДж/моль. |
||
Ответ |
: тепловой |
эффект |
реакции |
спиртового брожения |
глюкозыприс. у. равен 68,6 кДж/моль.
5. Вычислите количество теплоты, которое выделится при окисленииглюкозымассой 90 г прис. у.
Решение.
C6H12O6 (тв) |
6O2 (г) |
6CO 2 (г) |
6H2O(ж) |
|
|||
Hр-ции |
6 Hобр CO 2 (г) |
6 Hобр H2O(ж) |
|
||||
Hобр C6H12O6 (тв) |
6 Hобр |
O2 (г) |
; |
|
|||
Hр-ции |
6 |
286 |
6 |
393 |
1273 6 0 |
||
2801 кДж/моль; |
|
|
|
|
|||
Qр-ции |
|
Hр-ции |
|
|
mглюкозы |
|
|
|
глюкозы |
|
Hр-ции Mглюкозы |
; |
|||
|
|
90 |
1400 5 кДж. |
|
|||
Qр-ции |
2801 |
|
|
||||
180 |
|
||||||
Ответ |
: приокисленииглюкозывыделяется 1400,5 кДж. |
6. Энтальпия сгорания глюкозы равна 2810 кДж/моль при 298 К. Сколько граммов глюкозы нужно израсходовать, чтобы поднятьсяполестничномупроемуна3 м? Принять, чтовполезную работу можнообратить 25% энтальпии реакции.
Решение. Максимальная полезная работа, которая может быть совершена человеком в результате окисления глюкозы мас-
47
сой 1 гкислородом (с учетомКПД организма):
Amax |
глюкозы Hсгор глюкозы ; |
|
|
||
Amax |
1 г |
2810 кДж моль 0 |
25 |
3 90 кДж. |
|
180 г моль |
|||||
|
|
|
|
Работа, необходимая для подъема человека массой 70 кг на высоту 3 м, составляет:
A mqh 70 кг 9 8 мс2 3 м 2058 Дж 2 058 кДж.
Следовательно, если окисляется 1 г глюкозы, то полезная работа равна 3,90 кДж, а еслиполезнаяработа равна 2,058 кДж, то
m глюкозы |
A |
1 г |
2 058 |
1 0 528 г. |
|
Amax |
3 90 |
||||
|
|
|
Ответ : необходимоизрасходовать 0,528 гглюкозы.
7. Рассчитайте энтальпию гидратации сульфата натрия, если известно, что энтальпия рас творения безводной соли Na 2SO 4 (к)
равна 2 3 кДж/моль, аэнтальпиярастворениякристаллогидрата
Na2SO 4 10H 2O(к) равна 78 6 кДж/моль.
Решение. При растворении безводной соли происходит ее гидратация и последующее растворение кристаллогидрата в воде. Эти процессымогут быть выражены с помощью треугольника Гессаиследующихтермохимическихуравнений:
Na2SO 4 (к) |
10H 2O(ж) Na2SO 4 |
10H 2O(к) ; |
|||||
Na2SO 4 |
10H 2O(к) |
H2O(ж) |
Na2SO 4 (р-р) ; |
||||
Na2SO 4 (к) |
H2O(ж) |
Na2SO 4 (р-р) ; |
|||||
H1 |
?; |
|
|
|
|
|
|
H2 |
|
78 6 кДж |
моль; |
|
|
||
H3 |
|
2 3 кДж |
моль. |
|
|
||
|
|
|
|
Na2SO 4 |
10H 2O(к) |
||
|
|
|
|
|
H1 |
|
H2 |
|
|
Na2SO 4 (к) |
|
H3 |
Na2SO 4 |
48
В соответствии с законом Гесса энтальпия процесса растворения безводной соли H3) равна сумме энтальпий гидратации безводной соли до кристаллогидрата H1 и энтальпии растворениякристаллогидрата H2 :
H3 H1 H2.
Поэтому энтальпия гидратации Na 2SO 4 будетравна
H1 |
H3 H2 2 3 78 6 80 9 кДж моль. |
Ответ |
: энтальпия гидратации сульфата натрия равна |
80 9 кДж |
моль. |
8. При |
растворении кристаллической соды Na 2CO 3 10H 2O |
массой 715 |
г было поглощено 167,36 кДж теплоты. Какова те- |
плотарастворениякристаллогидрата?
Решение. Энтальпией растворения называют тепловой эффект растворения 1 моль вещест ва в столь большом объеме растворителя, при котором дальнейшее прибавление последнего не вызывает дополнительныхтепловых эффектов.
|
Na2CO 3 |
10H 2O |
|
715 г |
|
2 5 моль |
||||
|
|
286 г моль |
|
|||||||
|
Hр-ния |
Na2CO 3 |
10H |
2O(к) |
|
Q |
|
|
||
|
|
Na2CO 3 |
10H 2O |
|||||||
|
167 36 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
66 94 кДж |
моль |
|
|
|
|
||||
2 5 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ответ |
: |
теплота |
растворения |
|
Na 2CO 3 |
10H 2O равна |
6694 кДж/моль.
9.При растворении 10 г хлорида аммония в 243 г воды температурапонизиласьна2 8 С. Определитетепловойэффектрастворения соли, если удельная теплоемкость раствора составляет
4 18 Джг град.
Решение.
Hр-ния nQ ,
где Q — количество теплоты, выделяющейся или поглощающейся при растворении соли; n mM — количество растворяемого вещества;
49
Q c m р-ра T,
где c — удельная теплоемкость; раствора при растворении соли.
Так как температура раствора
T — изменение температуры понизилась, Hр-ния 0, то
|
|
Hр-ния |
c m(р-ра) TÆM |
|
||
|
|
|
m(соли) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 18 Дж г |
град 243 г |
2 8 град 53 5 г моль |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 216 Дж моль 15 216 кДж моль |
Ответ: при растворении соли поглотилось 15,216 кДж/моль теплоты.
10. Определите калорийностьпищевого продуктамассой 350г, содержащего 50% воды, 30% белков, 15% жиров и 5% углеводов.
Решение.
m белков m углеводов
350 0 30
350 0
05
105 г;
17 5 г;
m жиров 350 0 15 52 5 г.
Калорийность белков и углеводов составляет 17,1 кДж/г, калорийность жиров равна 38,0 кДж/г. Калорийность пищевого продукта равна:
105 |
|
17 1
17 5
17 1
52 5
38 0
4089 75 кДж,
или
4089 75
4 18
978 4 ккал (1 ккал
4 18 кДж).
Ответ: калорийность пищевого продукта составляет 4089,75 кДж или 978,4 ккал.
11. Человек в теплой комнате съедает 100 г сыра (его энергетическая ценность (q) составляет 15,52 кДж/г). Если предположить, что в организме не происходит накопление энергии, то какую массу воды он выделит, чтобы установилась первоначальная температура?
Решение. Потоотделение охлаждает тело, поскольку для испарения воды требуется энергия. Мольная энтальпия парообра-
50