Семинары по физхимии_2013 / Семинар3

Семинар №3

Закон Гесса. Теплота образования сложных веществ. Теплота сгорания. Расчет тепловых эффектов реакций по теплотам образования, сгорания и энергиям связей

1. Определите тепловой эффект реакции синтеза акриловой кислоты:

CHCH_(г) + CO_(г) + H₂O_(ж)  CH₂=CHCOOH_(ж)

при стандартном давлении и 298К, если известны теплоты образования (в кДж/моль) соответствующих веществ:

Вещество	Теплота образованияf H°298, кДж/моль
CHCH(г)	226,75
CO(г)	-110,50
H2O(ж)	-285,84
CH2=CHCOOH(ж)	-384,37

Определите также тепловой эффект реакции при постоянном объеме.

Ответ: _rH ⁰₂₉₈= –214,78 кДж, _rU₂₉₈ = –209,82 кДж.

2. Рассчитайте теплоты образования метана из простых веществ при 298К и стандартном давлении и при постоянном объеме на основании следующих данных:

_f H° ₂₉₈(H₂O_(ж)) = – 285.84 кДж/моль;  _f H° ₂₉₈(СО₂) = – 393,51 кДж/моль;

теплота сгорания сH°₂₉₈ (СН₄) = – 890,31 кДж/моль.

Ответ:  _f U₂₉₈ = – 72,40 кДж/моль.

3. Определите теплоту образования As₂O_3(т) из простых веществ при 298К и стандартном давлении, если известны следующие термохимические уравнения:

Реакция	Тепловой эффект r H°298, кДж
As2O3(т) + 3H2Oизб = 2H3AsO3 раств	+ 31,61
As(т) + 3/2Cl2(г) = AsCl3(г)	- 298,9
AsCl3(г) + 3H2O изб = H3AsO3 раств + 3HCl раств	- 73,6
1/2H2(г) + 1/2Cl2(г) = HCl(г)	- 92,37
HCl(г) = HCl раств	- 72,49
H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(ж) изб	- 285,84

Ответ:  _f H° ₂₉₈ = – 644,97 кДж/моль

4. При сгорании 1 моль нафталина в калориметрической бомбе при 298 К с образованием воды и диоксида углерода выделяется 5152,96 кДж теплоты. Вычислите теплоту сгорания нафталина при постоянном давлении, если водяной пар, образующийся при сгорании нафталина: а) конденсируется; б) не конденсируется.

Ответ: а) _с H⁰ ₂₉₈ = – 5157,92 кДж/моль, b) _с H⁰ ₂₉₈ = – 5148,0 кДж/моль

5. Определите тепловой эффект разбавления водой 100 кг раствора азотной кислоты с массовой долей ω(НNO₃)= 77,76% до раствора с массовой долей ω(НNO₃)= 25,91%. Для расчета воспользуйтесь данными справочника.

Ответ: _mH⁰ ₂₉₈ = – 23113 кДж

6. Теплота растворения 0,632 г фенола в 135,9 г хлороформа равна (– 0,0879 кДж), а теплота растворения 1,569 г фенола в 148,69 г хлороформа равна (– 0,1716 кДж). Определите (в расчете на 1 моль фенола) теплоту разбавления хлороформом второго раствора до концентрации первого. Ответ: _mH⁰ ₂₉₈ = – 2,796 кДж.

7. Теплота нейтрализации раствора, содержащего 1 моль едкого натра, раствором, содержащем 1 моль азотной кислоты, равна ( –57,192 кДж/моль), а раствором, содержащем 1 моль дихлоруксусной кислоты, равна (– 62,090 кДж/моль). Определить теплоту диссоциации дихлоруксусной кислоты. Ответ: _rH ⁰₂₉₈ = – 4,898 кДж/моль.

8. В таблице приведены стандартные энтальпии образования соединений ClF, BrF и BrCl в газовой фазе при 298 К и энергии связи в этих молекулах.

Молекула (газ)	ΔfH°298, кДж·моль−1	Eсвязи, кДж·моль−1
ClF	−50.3	248.9
BrF	–58.5	249.4
BrCl	14.6	215.9

Определите по этим данным энергии связи в молекулах фтора, хлора и брома. Энтальпия образования газообразного фторида хлора (III) равна

 _f H° ₂₉₈ = −158.9 кДж·моль⁻¹. Рассчитайте энергию связи Cl–F в этой молекуле и объясните, почему она отличается от энергии связи в двухатомной молекуле.

Ответ:E(Br–Br)=222.8 кДж·моль⁻¹, E(Cl–Cl)=238.2 кДж·моль⁻¹, E(F–F)=159.0 кДж·моль⁻¹.

9. Рассчитайте теплоту образования аммиака на основе следующих данных:

Реакция	Тепловой эффект r H°298, кДж
4 NH3 (г) + 3 О2 (г) = 2 N2 (г) + 6 Н2О (г)	– 1266,9
2 Н2 (г) + О2 (г) = 2 Н2О (г)	– 483,7

Результат расчета сравнить со справочным значением.

10. В топке сгорает каменный уголь, содержащий 65% углерода. В топочных газах содержится 13% СО₂ и 1% СО по объему, остальное кислород и азот. Определите теплоту сгорания 1 кг угля, если теплоты образования оксидов углерода равны:

 _f H° ₂₉₈(СО₂) = – 393,51 кДж/моль и  _f H° ₂₉₈(СО) = – 110,53 кДж/моль.

Ответ: выделяется 20220 кДж теплоты

11. При растворении безводного бромида магния в воде выделяется в 9 раз больше теплоты, чем при растворении такой же массы гексагидрата бромида магния. Рассчитайте количество теплоты, которое выделится при образовании 2,5 г MgBr₂ × 6H₂О из безводной соли, если теплоты ΔН⁰ гидратации ионов Mg²⁺ и Вr^– составляют соответственно

(–2635,8) и (+87,21) кДж/моль, а энергия кристаллической решетки MgBr₂ составляет 2424 кДж/моль.

(Теплота гидратации иона – это тепловой эффект гипотетического процесса:

Mg²⁺_(г) + ∞ Н₂О → Mg²⁺_(р-р) ΔН⁰_(гидр)( Mg²⁺) = –2635,8 кДж/моль

Вr^– _(г) + ∞ Н₂О → Вr^– _(р-р) ΔН⁰_(гидр)( Вr^–) = 87,21 кДж/моль

Энергия кристаллической решетки или энергия структуры – это энергия, необходимая для разъединения твердого тела на отдельные газообразные атомы, ионы или молекулы, отнесенная к 1 моль кристаллического вещества:

MgBr_2(т) → Мg²⁺_(г) + 2Br^–_(г) ΔН⁰(крист.реш.MgBr₂) = 2424 кДж/моль).

Ответ : ΔН⁰ = – 263,6 Дж

12. Обычный кубик сахара С₁₂Н₂₂О₁₁ имеет массу 1,5 г. Рассчитайте по справочным данным тепловой эффект его усвоения до СО₂ и Н₂О_(ж) в организме человека в аэробных условиях в результате ступенчатого окисления сахарозы кислородом вдыхаемого воздуха. Как изменится тепловой эффект усвоения кубика сахара в анаэробных условиях (недостаток кислорода – гипоксия, например, при интенсивной физической нагрузке), когда сахароза гидролизуется до молочной кислоты СН₃-СН(ОН)-СООН , если энтальпия полного сгорания 1 моля молочной кислоты _сН₂₉₈°= –321,21 кДж/моль? Определите калорийность сахара (кал /г).

13. Энтальпия растворения безводного сульфата лития равна (– 26,71 кДж/моль), а моногидрата этой соли (– 14,31 кДж/моль). Рассчитайте тепловой эффект образования кристаллогидрата из безводной соли и воды. Определите массовую долю воды в частично выветренном кристаллогидрате, если энтальпия растворения 1 кг его равна (–146,0 кДж).

Ответ: ω(Н₂О) = 10,4 %

14. При сжигании 1,0 л бутана (н.у.) в избытке кислорода выделяется 128,5 кДж теплоты, а при сгорании 1,0 г циклогексана в тех же условиях выделяется 47,1 кДж теплоты. Вычислите средние энергии связей С – С и С – Н в кДж/моль, если известны теплоты образования Δ_fН⁰₂₉₈(Н₂О_(ж)) = – 286 кДж/моль и Δ_fН⁰₂₉₈(СО₂) = – 394 кДж/моль, а энергии атомизации графита и диссоциации водорода равны 715 и 436 кДж/моль соответственно.

Ответ: Е (С – С) = 345,2 кДж/моль ; Е (С – Н) = 413,2 кДж/моль

15. Оцените энергию связи в молекуле азота, если известны теплоты образования аммиака Δ_fН⁰₂₉₈(NH₃) = – 46,2 кДж/моль и гидразина Δ_fН⁰₂₉₈(N₂H_4(г)) = 95,4 кДж/моль, а энергия связи N – N в молекуле гидразина равна 160 кДж/моль.

Ответ: 951 кДж/моль

16. При нагревании смеси 1,8 моля брома с избытком бутана протекают две параллельные реакции с образованием двух монобромпроизводных, при этом поглотилось 19,0 кДж теплоты. При нагревании такого же количества исходной смеси до более высокой температуры поглотилось 19,4 кДж теплоты. В обоих случаях бром прореагировал полностью. Известно, что при образовании 1-бромбутана из простых веществ выделяется на 4,0 кДж/моль меньше, чем при образовании 2-бромбутана. Найдите тепловые эффекты обеих реакций и выход 1-бромбутана во второй реакции, если в первой он составил 38,9%. Тепловые эффекты реакций считать независящими от температуры.

Ответ: Δ_rH ⁰₂₉₈(1-Br) = 13 кДж; Δ_rH ⁰₂₉₈(2-Br) = 9 кДж; η = 44,4%