Химическая термодинамика

Раздел I

1. Процесс образования диоксида углерода при сжигании графита в кислороде может протекать двумя путями:

1. 2C_(гр) + О_2(г) = 2СО_{(г) ,}

2CO_(г) + О₂ = 2СО_2(г), _rН° = -566 кДж.

2. C_(гр) + О_2(г) = СО_2(г), _rН° = -393 кДж.

Найдите _fH°(CO).

2. Рассчитайте энтальпию образования и энтальпию сгорания монооксида углерода (СО), исходя из приведенных ниже реакций:

2С_(гр) + О_2(г) = 2СО_(г), _rН° = -220 кДж;

2СО_(г) + О_2(г) = 2СО_2(г), _rН° = -566 кДж.

3. Найдите стандартную энтальпию сгорания белого фосфора, исходя из реакции

Р_4(кр) + 5О_2(г) = Р₄О_10(г), _rН° = -2984 кДж.

4. Найдите стандартную энтальпию сгорания метана, исходя из реакции

СН_4(г) + 2О_2(г) = СО_2(г) + 2Н₂О_(г), _rН° = -802 кДж.

5. Предскажите, положительным или отрицательным будет изменение энтропии системы в реакциях:

а) Н₂О_(ж)  Н₂О_(г) (при температуре 25 С);

б) СаСО_3(т)  СаО_(т) + СО_2(г);

в) N_2(г) + 3Н_2(г) = 2NH_3(г);

г) N_2(г) + О_2(г) = 2NO_(г);

д) Ag⁺_(р-р) + Cl^-_(р-р) = AgCl_(т).

Дайте объяснения, не производя расчетов.

6. Предскажите знак S системы в каждом из следующих процессов:

а) испарение 1 моль CCl_4(ж);

б) Br_2(г) → Br_2(ж);

в) осаждение AgCl(т) при смешении NaCl(водн.) и AgNO₃(водн.). Дайте объяснения.

7. Пользуясь табличными значениями абсолютных значений энтропий веществ при стандартных условиях (S°), сравните значения абсолютных энтропий веществ при температуре 298 К в каждой из перечисленных ниже пар:

а) О_2(г) и О_3(г);

б) С(алмаз) и С(графит);

в) NaCl_(т) и MgCl_2(т).

Объясните причину различия S° в каждом случае.

8. Вычислите _rS° для реакций

а) N_2(г) + 3Н_2(г) = 2NH_3(г);

б) 2SO_2(г) + О_2(г) = 2SO_3(г),

используя табличные значения абсолютных энтропий веществ при стандартных условиях.

9. Пользуясь табличными значениями абсолютных энтропий (S°), вычислите _rS° для следующих процессов:

а) СО_(г) + 2Н_2(г) = СН₃ОН_(г);

б) 2НСl_(г) + Br_2(ж) = 2HBr_(г) + Cl_2(г);

в) 2NO_2(г) = N₂O_4(г).

Согласуется ли в каждом случае знак величины _rS° с тем, который следует ожидать на основе качественных представлений? Ответы объясните.

10. Стандартная энтальпия образования СО_(г) составляет -110,5 кДж/моль. При сгорании 2 моль СО_(г) выделилось 566 кДж теплоты. Вычислите Δ_fH°(CO₂).

11. Определите количество теплоты, выделяющееся при гашении 100 кг извести водой:

CaO_(к) + H₂O_(ж) = Ca(OH)_2(к),

если стандартные теплоты образования CaO_(к), H₂O_(ж), Ca(OH)_2(к) равны соответственно -635,1, -285,84, -986,2 кДж/моль.

12. Определите энтальпию разложения пероксида водорода (Н₂О₂) на воду и кислород, используя нижеприведенные данные:

SnCl_2(р) + 2НCl_(p) + H₂O_2(p) = SnCl_4(p) + 2H₂O_(ж), _rН°=-393,3 кДж;

SnCl_2(р) + 2HCl_(p) + 1/2O_2(г) = SnCl_4(p) + H₂O_(ж), _rН°=-296,6 кДж.

13. Вычислите количество теплоты, которое выделяется при производстве 10⁶ кг аммиака в сутки, если

N_2(г) + 3Н_2(г) = 2NH_3(г), _rН° = -92 кДж.

14. Определите Δ_fH°(PCl₅,кр.), исходя из следующих данных:

Р_4(кр) + 6Cl_2(г) = 4РСl_3(ж), _rН° = -1272,0 кДж;

PCl_3(ж) + Cl_2(г) = PCl_5(кр), _rН° = -137,2 кДж.

15. Вычислите изменение энтальпии реакции при стандартных условиях:

Н_2(г) + 1/3О_3(г) = Н₂О_(г),

исходя из следующих данных:

2О₃(г) = 3О₂(г), _rН° =-288,9 кДж,

Δ_fH°(H₂O,_г)=-241,8 кДж/моль.

16. Известны стандартные энтальпии образования (Δ_fH°, кДж/моль) атомов, ионов и молекул хлора в различных состояниях:

Cl(г) 121,31;

Cl⁺(г) 1383,69;

Cl^-(г) -233,62;

Cl₂(г) 0;

Cl₂(p) -26,78;

Cl₂⁺(г) 1107,92.

Используя эти данные, рассчитайте:

1) энтальпию ионизации атома хлора;

2) сродство атома хлора к электрону;

3) энтальпию ионизации молекулы хлора;

4) энергию (энтальпию) связи и диссоциации молекулы хлора;

5) энтальпию растворения хлора в воде.

17. Стандартные энтальпии образования брома в различных состояниях (Δ_fH°, кДж/моль) имеют следующие значения:

Br(г) 111,84;

Br⁺(г) 1260,14;

Br^-(г) -218,87;

Br₂(ж) 0;

Br₂(г) 30,91;

Br₂(p) -0,84.

На основании этих данных рассчитайте:

1) энтальпию ионизации атома брома;

2) сродство атома брома к электрону;

3) энергию (энтальпию) связи и диссоциации молекулы брома;

4) энтальпию растворения брома в воде.

18. Вычислите Δ_fH° метилового спирта в жидком состоянии, зная следующие данные:

Н_2(г) + 1/2О_2(г) = Н₂О_(ж), _rН° = -285,8 кДж;

С_(гр) + О_2(г) = СО_2(г), _rН° = -393,7 кДж;

СН₃ОН_(ж) + 3/2О_2(г) = СО_2(г) + 2Н₂О_(ж), _rН° = -715,0 кДж.

19. Стандартные энтальпии сгорания бензола и ацетилена равны соответственно -3270 и -1302 кДж/моль. Определите _rH° превращения ацетилена в бензол:

3С₂Н_2(г) = С₆Н_6(г).

20. Определите стандартную энтальпию образования оксида железа (III), если при окислении 20 г железа выделилось 146,8 кДж теплоты.

21. Вычислите количество теплоты, которое выделяется при получении 22,4 л аммиака (н.у.), если

N_2(г) + 3Н_2(г) = 2NH_3(г), _rН° = -92 кДж.

22. Определите Δ_fH° этилена, используя следующие данные:

С₂Н_4(г) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) + 2Н₂О_(г), _rН° = -1323 кДж;

С_(гр) + О_2(г) = СО_2(г), _rН° = -393,7 кДж;

Н_2(г) + 1/2О_2(г) = Н₂О_(г), _rН° = -241,8 кДж.

23. Рассчитайте энтальпию реакции

F_(г) + Li_(г) = F^-_(г) + Li⁺_(г),

если

F_(г) + е = F^-_(г), Н = -322 кДж/моль,

Li_(г) = Li⁺_(г) + е, Н = 520 кДж/моль.

24. Определите среднюю энергию связи Н – О в молекуле воды, если энергии связей Н – Н и О – О соответственно равны -435,9 и -498,7 кДж/моль, а при сгорании 2 молей водорода выделяется 483,68 кДж теплоты.

25. Вычислите среднюю энергию связи N – F на основании следующих данных:

NF_3(г) = NF_2(г) + F_(г), Н° = 242,7 кДж;

NF_2(г) = NF_(г) + F_(г), Н° = 318,0 кДж;

NF_(г) = N_(г) + F_(г), Н° = 301,2 кДж.

26. Рассчитайте среднюю энергию связи С – Н в молекуле метана, исходя из следующих данных:

С_{(графит)} + 2Н_2(г) = СН_4(г), Н° = 74,9 кДж;

С_{(графит)} = С_(г), Н° = 715,0 кДж;

Н_2(г) = 2Н_(г), Н° = 432,0 кДж.

27. Определите стандартную энтальпию образования оксида железа (III), если при реакции

2Fe + Al₂O₃ = Fe₂O₃ + 2Al

на каждые 80 г Fe₂O₃ поглощается 426,5 кДж теплоты,

Δ_fH°(Al₂O₃) = -1676 кДж/моль.

28. Какое количество теплоты необходимо затратить для получения 11,2 кг железа, если в соответствии с термохимическим уравнением

FeO_(т) + Н_2(г) = Fe_(т) + Н₂О_(г) Δ_rН° = 23 кДж.

29. Найдите теплоту сгорания алмаза, если стандартная теплота сгорания графита составляет -393,51 кДж/моль, а теплота фазового перехода С(графит)  С(алмаз) составляет 1,88 кДж/моль.

30. Какое количество теплоты выделяется при превращении 1 кг красного фосфора в черный фосфор, если известно, что _{стандартные теплоты образования красного и черного фосфора составляют -18,41 и -43,20 кДж/моль соответственно.}