Задание 1.

1. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий веществ вычислите ∆g реакции, протекающей по уравнению:

CO(г) + H₂O(ж) = СО₂(г) + Н₂(г)

Решение. ∆G⁰ = ∆Н⁰ - Т∆S⁰; ∆Н и ∆S –функции состояния, поэтому:

∆Н = ∑∆Н - ∑∆Н ; ∆S = ∑S - ∑S

∆Н = (-393,51 + 0) – (-110,52 – 285,84) = +2,85 кДж;

∆S = (213,65 + 130,59) – (197,91 + 69,94) = +76,39 = 0,07639 кДж/(моль∙К);

∆G⁰ = +2,85 - 298∙0,07639 = -19,91 кДж

2. Реакция восстановления Fe2o3 водородом протекает по уравнению:

Fe₂O₃(к) + 3Н₂(г) = 2Fe(к) + 3H₂O(г); ∆Н = +96,61 кДж

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, изменение энтропии ∆S =

0,1387 КДж/(моль∙к)? При какой температуре начнется восстановление Fe2o3?

Решение. Вычисляем ∆G⁰ реакции:

∆G = ∆Н - Т∆S = 96,61 - 298∙0,1387 = +55,28 кДж.

Так как ∆G ≥ 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой ∆G = 0:

∆Н = Т∆S; Т =

Следовательно, при температуре ≈ 696,5 К начнется реакция восстановления Fe₂O₃. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Задание 2.

2.1. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 300 до 700с, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:

V(t₂) = V(t₁) ^{- ;} V(t₂) = V(t₁)² = V(t₁)² - 16V(t₁).

Cледовательно, скорость реакции V(t₂) при 70⁰С больше скорости реакции V(t₁) при 30⁰С в 16 раз.

2.2. Константа равновесия гомогенной системы при 8500с равно 1.

СО(г) + Н₂О(г) ↔ СО₂(г) + Н₂(г)

Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации:[CO]_исх = 3 моль/л, [Н₂О]_исх = 2 моль/л.

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:

V_пр = К₁[СО][H₂O]; V_обр = K₂[CO₂][H₂];

К_р =

В условиях задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражении К_р входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрация [CO₂]_р = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По сколько же молей (х моль/л) СО и Н₂О расходуется для образования по х молей СО₂ и Н₂. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ (моль/л):

[СО₂]_р = [H₂]_р = х; [CO]_р = (3 – х); [H₂O]_р = (2 – х).

Зная константу равновесия, находим значение х, а затем исходные концентрации всех веществ:

1 = ; х² = 6 – 2х – 3х + х²; 5х = 6; х = 1,2 моль/л.

Таким образом, искомые равновесные концентрации:

[CO₂]_р = 1,2 моль/л; [CO]_р = 3 – 1,2 = 1,8 моль/л: [H₂O]_р = 2 – 1,2 = 0,8 моль/л.

Задание 3.

3.1. К 1 л 10%-ного раствора кон (пл. 1,092 г/см3) прибавили 0,5 л 5%-ного раствора кон (пл. 1,045 г/см3). Объем смеси довели до 2 л. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора.

Решение. Масса одного литра 10%-ного раствора КОН равна 1092 г. В этом растворе содержится 1092∙10/100 = 109,2 г КОН.

Масса 0,5 л. 5%-ного раствора 1045∙0,5 = 522,5 г. В этом растворе содержится 522,5∙5/500 = 26,125 г КОН.

В общем объеме полученного раствора (2 л) содержание КОН составляет : 109,2 + 26,125 = 135,325 г КОН. Отсюда молярная концентрация раствора с_м = 135,325/(2∙56,1) = 1,2 М, где 56,1 г/моль – молярная масса КОН.