ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики

Контрольная работа №1

по дисциплине «Химия».

Вариант № 08.

Раздел I. Основы химической термодинамики. Задача 1.18.

При сжигании йодоводорода образовалось 25,4 г йода, пары воды и выделилось 29,46 кДж тепла. Определить теплоту образования и теплоту сгорания йодоводорода.

Решение.

1. Определим тепловой эффект на основании термохимического уравнения реакции горения йодоводорода, если молярная масса I₂ = 254 г/моль:

25,4 г

2НI_(г) + 1/2O₂ = I_2(к) + H₂O_(г) + 29,46 кДж

254 г х кДж,

откуда: х = = 294,6 кДж.

Следовательно, при сгорании 2 моль НI выделяется 294,6 кДж теплоты, а теплота сгорания 1 моля йодоводорода будет в 2 раза меньше, то есть 147,3 кДж/моль.

Термохимическое уравнение данной реакции имеет вид:

НI_(г) + 0,25O₂ = 0,5I_2(к) + 0,5H₂O_(г); ∆Н⁰_,х.р. = - 147,3 кДж/моль.

Так как ∆Н⁰_298,х.р. < 0, то прямая реакция (сгорания НI) – экзотермическая (протекает с выделением теплоты), а обратная (←) – эндотермическая (протекает с поглощением теплоты).

2. На основании следствия из закона Гесса тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот образования (∆Н⁰_о6р) ее конечных и начальных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов уравнения реакции:

∆Н⁰_298,х.р. =∑n_i∆Н⁰₂₉₈,_{обр(конечных)} - ∑n_j∆Н⁰_{298,обр(начальных)}, (1)

где n_i и n_j – число молей каждого из конечных и начальных веществ; ∆Н⁰_298,обр. – соответственно их стандартные теплоты образования, кДж/моль.

Так как стандартные теплоты образования простых веществ равны 0 (∆Н⁰_обр,О2 = ∆Н⁰_обр,I2 = 0), то для данной термохимической реакции выражение (1) имеет вид:

∆Н⁰_298,х.р. = 0,5∆Н⁰₂₉₈, _{обр,H2O(г)} - ∆Н⁰₂₉₈, _{обр, HI(г)}, (2)

откуда:

∆Н⁰₂₉₈, _{обр, HI(г)} = (0,5∆Н⁰₂₉₈, _{обр,H2O(г)} - ∆Н⁰_298,х.р.), (3)

Подставляем в выражение (3) все значения и получаем:

∆Н⁰₂₉₈, _{обр, HI(г)} = 0,5(- 241,8) – (- 147,3) = 26,4 кДж/моль.

Ответ: ∆Н^сгор._HI(г) = - 147,3 кДж/моль;

∆Н⁰₂₉₈, _{обр, HI(г)} = 26,4 кДж/моль.

Задача 1.38.

Оценить интервал температур, при которых возможно самопроизвольное протекание реакции разложения оксида хлора (I).

Решение.

Термодинамическим критерием возможности самопроизвольного протекания реакции является отрицательное значение энергии Гиббса.

Таким образом, вопрос заключается в определении (оценке) интервала температур, при которых прямой реакции принимает отрицательные значения.

Для этого воспользуемся уравнением Гиббса:

∆_r G⁰_T = ∆_r H⁰₂₉₈ - Т∆_r S⁰₂₉₈, (4)

Полагая  инезависящими от температуры (т.е.), рассчитаем их пользуясь данными таблицы П1 и законом Гесса.

1. Составим термохимическое уравнение реакцию разложения оксида хлора (I):

2Cl₂O_(г) = 2Cl_2(г) + O_2(г).; ∆Н⁰_,х.р. = ?

2. Составим таблицу справочных данных, необходимых для расчетов с таблицы П1.

Таблица 1. –Термодинамические константы некоторых веществ

Реагент	ΔН0обр, 298, кДж/моль	, Дж·моль−1·K−1
Cl2O(г)	75,7	266,2
Cl2(г)	0	223,0
О2(г)	0	205

3. Определим ΔН₂₉₈ реакции разложения оксида хлора (I) на основании 1-го следствия из закона Гесса, если для данной реакции выражение (1) принимает вид:

∆Н⁰₂₉₈ = [2∆Н⁰₂₉₈,_Cl2(г) + ∆Н⁰₂₉₈, _О2(г)] - 2∆Н⁰_298,Cl2O(г), (5)

Подставляем в выражение (2) все значения и получаем:

∆Н⁰₂₉₈ = (2×0 + 0) - 2×75,7= - 151,4 кДж.

Таким образом, Н < 0, поэтому реакция разложения Cl₂O является экзотермической (в результате реакции выделяется теплота).

Термохимическое уравнение данной реакции имеет вид:

2Cl₂O_(г) = 2Cl_2(г) + O_2(г); ∆Н⁰₂₉₈ = - 151,4 кДж.

4. Определим изменение энтропии в системе при протекании реакции в стандартных условиях (S⁰₂₉₈) по выражению:

∆S⁰₂₉₈ = ∑n_iS⁰_{298(продуктов)} - ∑n_jS⁰_{298(исходных),} (6)

Для данной реакции изменение энтропии DS⁰ равно:

DS⁰₂₉₈ = (2S ⁰_{298, Cl2(г)} + S ⁰_298,О2 ) - 2 S_{298, Cl2O(г)}, (7)

DS⁰₂₉₈ = (2×223,0 + 205) – 2×266,2 = + 118,6 Дж/К = 118,6×10^-3 кДж/К.

Из расчета можно видеть, что изменение энтропии в данном процессе , т.е. наблюдается переход системы из более упорядоченного к менее упорядоченному состоянию. Это объясняется тем, что в результате данной реакции увеличилось количество моль газов: из 2 моль Cl₂O образовалось 3 моль газов (2 моль Cl₂и 1 моль О₂).

Следовательно, для нашей реакции ∆S > 0,поэтому ∆G < 0.

5. Определяем изменение энергии Гиббса по уравнению (1):

∆_r G⁰₂₉₈ = - 151,4 – 298×118,6×10^-3 = - 186,7 кДж.

Уменьшение величины энергии Гиббса свидетельствует о возможности протекания реакции в прямом направлении.

Таким образом, из соотношения ∆G = ∆Н - T∆S видно, что экзотермические реакции (∆Н < 0) самопроизвольно протекают, если ∆S > 0, так как в этом случае окажется, что ∆G < 0.

6. Химическое равновесие наступает при условии, что ∆_r G = 0, тогда:

Т_равн. = == -1276,5 К.