16

Енергетика хімічних процесів

(термохімічні розрахунки)

При розв'язуванні задач цього розділу див. таблицю 1.

Таблиця 1. Стандартні теплоти ΔН°₂₉₈ утворення деяких речовин, кДж/моль

Сполука	ΔН° 298	Сполука	ΔН° 298
С2Н2(г)	+ 226,75	CO (г)	- 110,52
CS2 (г)	+ 115,26	СН3ОН (г)	- 201,17
NO (г)	+ 90,37	С2Н5ОН (г)	- 235,31
С6Н6 (г)	+ 82,93	Н2О (г)	- 241,83
С2Н4 (г)	+ 52,28	Н2О (р)	- 285,84
H2S (г)	- 20,15	NH4Cl (к)	- 315,39
NH3 (г)	- 46,19	СO2 (г)	- 393,51
СН4(г)	- 74,85	Fe2О3 (к)	- 822,10
С2Н6 (г)	- 84,67	Са(ОН)2 (к)	- 986,50
НСl (г)	- 92,31	Аl2О3 (к)	- 1669,80

1. Обчисліть, яка кількість теплоти виділиться при відновленні Fe₂О₃ алюмінієм, якщо було отримано 335,1 г заліза.

Відповідь: 2543,1 кДж.

2. Газоподібний етанол С₂Н₅ОН можна отримати при взаємодії етилену С₂Н₄ (г) і водяної пари. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, обчисліть її тепловий ефект.

Відповідь: - 45,76 кДж.

3. Обчисліть тепловий ефект реакції відновлення FeO воднем, виходячи із таких термохімічних рівнянь:

1. FeO (к) + CO (г) = Fe (к) + СО₂ (г); ΔН°= - 13,18 кДж;

(2) CO (г) + ½О₂ (г) = СО₂(г); ΔН°= - 283,0 кДж;

(3) Н₂ (г) + ½О₂(г) = Н₂О(г); ΔН°= - 241,83 кДж.

Відповідь: 27,99 кДж.

4. При взаємодії H₂S (г) і карбон (ІV) оксиду утворюються пара води і сірковуглець CS₂ (г). Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, обчисліть її тепловий ефект.

Відповідь: 65,43 кДж.

5. Напишіть термохімічне рівняння реакції, що відбувається між CO (г) і воднем з утворенням СН₄ (г) і Н₂О (г). Обчисліть скільки теплоти виділиться, якщо в реакції отримали 67,2 л метану (н.у.).

Відповідь: 618,48 кДж.

6. Тепловий ефект якої з реакцій дорівнює теплоті утворення NO(г)? Обчисліть теплоту утворення NО (г), виходячи з таких термохімічних рівнянь:

4 NH₃ (г) + 5О₂ (г) = 4NО (г) + 6Н₂О (р); ΔН°₂₉₈ = - 1168,80 кДж;

4 NH₃ (г) + 3О₂ (г) = 2N₂ (г) + 6Н₂О(р), ΔН°₂₉₈ = - 1530,280 кДж.

Відповідь: 90,37 кДж.

7. Кристалічний амоній хлорид утворюється при взаємодії NН₃(г) і НСl (г). Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, обчисліть її тепловий ефект. Скільки теплоти виділиться, якщо в реакції витрачено 10 л аміаку (н.у.) ?

Відповідь: 78,97 кДж.

8. Тепловий ефект якої реакції дорівнює теплоті утворення метану? Обчисліть теплоту утворення метану виходячи з таких термохімічних рівнянь:

1. Н₂ (г) + ½O₂(г) = Н₂O (р); ΔН°= - 285,84 кДж;

2. С (к) + O₂ (г) = СO₂ (г); ΔН°= - 393,51 кДж;

3. СН₄ (г) + 2O₂ (г) = СO₂ (г) + 2Н₂O (р), ΔН°₂₉₈ = - 890,31 кДж.

Відповідь: - 74,88 кДж.

9. Тепловий ефект якої реакції дорівнює теплоті утворення кальцій гідроксиду? Обчисліть теплоту утворення кальцій гідроксиду виходячи з таких термохімічних рівнянь:

1. Са (к) + ½ O₂ (г) = СаО (к); ΔН°= - 635,60 кДж;

2. Н₂ (г) + ½O₂(г) = Н₂O (р); ΔН°= - 285,84 кДж;

3. СаО (к) + Н₂O(р) = Са(ОН)₂(к); ΔН°= - 65,06 кДж.

Відповідь: - 986,50 кДж.

10. Тепловий ефект згоряння рідкого бензолу з утворенням пари води і СО₂ дорівнює

- 3135,58 кДж/моль. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, обчисліть теплоту утворення С₆Н₆(р).

Відповідь: + 49,03 кДж.

11. Обчисліть, скільки теплоти виділиться яри згорянні 165 л (н.у.) ацетилену, якщо продуктами реакції є СО₂ і пара води.

Відповідь: 9248,8 кДж,

12. При згорянні газоподібного аміаку утворюються Н₂О(г) та NO(г), визначте, скільки теплоти виділиться в реакції, якщо було одержано 44,8 л (н.у.) NO.

Відповідь: 452,37 кДж.

13. Обчисліть тепловий ефект реакції горіння рідкого метанолу

СН₃ОН (р) + ³/₂О₂(г) = СО₂(г) + 2Н₂О (р), якщо відомо, що теплота пароутворення СН₃ОН (р) дорівнює + 37,4 кДж.

Відповідь: - 726,62 кДж.

14. При згорянні 11,5 г рідкого етанолу виділилося 308,71 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції, якщо утворюються пара води та СО₂. Обчисліть теплоту утворення С₂Н₅ОН (р).

Відповідь: - 277,67 кДж/моль.

15. Обчисліть тепловий ефект реакції горіння бензолу

С₆Н₆ (р) + ¹⁵/₂О₂(г) = 6СО₂(г) + 3Н₂О (г), якщо відомо, що теплота пароутворення С₆Н₆ (р) дорівнює + 33,9 кДж.

Відповідь: - 3135,58 кДж.

16. Обчисліть тепловий ефект і напишіть термохімічне рівняння реакції горіння 1 моля етану С₂Н₆(г), під час якої утворюється пара води та карбон (ІV) оксид. Скільки теплоти виділиться при згорянні 1 м³ етану (н.у.)?

Відповідь: 63742,86 кДж.

17. Виходячи з термохімічного рівняння

4 NH₃ (г) + 3О₂ (г) = 2N₂ (г) + 6Н₂О (р); ΔН⁰ = -1530,280 кДж, обчисліть теплоту

утворення аміаку.

Відповідь: - 46,19 кДж.

18. При взаємодії заліза масою 6,3 г з сіркою виділилося 11,31 кДж теплоти. Обчисліть теплоту утворення ферум (ІІ) сульфіду.

Відповідь: - 100,26 кДж/моль.

19. При згорянні 1 л ацетилену (н.у.) виділилося 56,053 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції, якщо утворюються пара води та СО₂. Обчисліть теплоту утворення С₂Н₂ (г).

Відповідь: 226,75 кДж/моль.

20. При одержанні еквівалентної маси кальцій гідроксиду із СаО (к) і Н₂О (р) виділилося 32,53 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції. Обчисліть теплоту утворення кальцій оксиду.

Відповідь: - 635,6 кДж/моль.

НАПРЯМОК ПЕРЕБІГУ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

При розв'язуванні задач цього розділу див. таблиці 2, 3.

Таблиця 2. Стандартні енергії Гіббса Δ G⁰₂₉₈ утворення деяких речовин, кДж/моль

Сполука	Δ G0298,утв.	Сполука	Δ G0298,утв.
С2Н2(г)	+ 209,2	CO (г)	- 137,27
NO2 (г)	+ 51,84	FeO (к)	- 244,3
NO (г)	+ + 86,69	Р РbO2(к)	- 219
ВаСО3 (к)	- 1138,8	Н2O(г)	- 228,59
СаСО3 (к)	- 1128,75	Н2O(р)	- 237,19
ВеСО3(к)	- 944,75	СO2(г)	- 394,38
ВеО (к)	- 581,61	Fe3O4 (к)	- 1014,2
ВаО (к)	- 528,4	СаО (к)	- 604,2
NaCl (к)	- 384,03	ZnO (к)	- 318,2
) СН4 (г)	- 50,79	NаF	- 543,3
Та Та Таблиця 3. Стандартні ентропії S0298 деяких речовин, Дж/(моль·К)
Сполука	S0298,утв.	Сполука	S0298,утв.
С2Н2(г)	200,82	CO (г)	197,91
S (ромб.)	31,90	СН3ОН(р)	126,8
NO (г)	210,2	НСl(г)	186,68
O2(г)	205,03	Н2O(г)	188,72
С2Н4(г)	219,45	Н2O(р)	69,94
H2S(г)	205,64	NH4Cl(к)	94,5
NH3(г)	192,5	СO2(г)	213,65
СН4(г)	186,19	Fе2О3 (к)	89,96
Сl2 (г)	222,95	Fe3O4 (к)	146,40
Н2(г)	130,59	Fe Fе O (к)	54,00
С (алмаз)	2,44	С (графіт)	5,69
Fe (к)	27,2	Ті(к)	30,70
N2 (г)	191,49	ТіО2(к)	50,3
NО2 (г)	240,46 (г) S	РСl3(г)	311,63
		РСl5 (г)	352,71

21. Обчисліть ΔG°₂₉₈ для таких реакцій:

а) 2 NaF (к) + Сl₂ (г) = 2 NaCl (к) + F₂(г);

б) РbO₂ (к) + 2Zn (к) = Рb (к) + 2ZnO (к).

Вкажіть чи можливо одержати фтор за реакцією а та відновити РbO₂ цинком за

реакцією б.

22. При якій температурі настане рівновага в системі

4НСl(г) + O₂(г) = 2Н₂О(г) + 2Сl₂(г); ΔН = - 114,42 кДж? Хлор чи кисень за стандартних умов буде більш сильним окисником в цій системі?

Відповідь: 891К.

23. Відновлення Fe₃О₄ карбон (ІІ) оксидом відбувається за рівнянням:

Fe₃О₄ (к) + CO (г) = 3FeO (к) + СО₂ (г). Обчисліть ΔG°₂₉₈ та ΔS⁰₂₉₈ для реакції та зробіть висновок щодо можливості самовільного перебігу цієї реакції за стандартних умов.

Відповідь: + 24,19 кДж; 31,34 Дж/(моль·К).

24. Реакція горіння ацетилену відбувається за рівнянням:

С₂Н₂(г) + ⁵/₂О₂(г) = 2СО₂(г) + Н₂О(р). Обчисліть ΔS°₂₉₈ та ΔG°₂₉₈, поясніть зменшення ентропії внаслідок проходження цієї реакції.

Відповідь: - 1235,15 кДж; - 216,15 Дж/(моль·К).

25. Вкажіть як змінюється ентропія при перетвореннях: а) води в пару; б) графіту в алмаз. Чому? Обчисліть ΔS°₂₉₈ для кожного переходу і зробіть висновок про кількісні зміни ентропії при фазових та алотропічних перетвореннях.

Відповідь: а) 118,78 Дж/(моль·К); б) - 3,25 Дж/(моль·К).

26. Чим можна пояснити, що в стандартних умовах неможлива екзотермічна реакція Н₂(г) + СO₂(г) = СО(г) + Н₂O(р); ΔН = - 2,85 кДж? Обчисліть ΔG°₂₉₈ цієї реакції виходячи із теплового ефекту та стандартних ентропій відповідних речовин. Відповідь: + 19,91 кДж

27. Визначте, пряма чи зворотня реакції відбуваються в системі

2NO(г) + О₂(г) = 2NО₂(г). Обчисліть ΔG°₂₉₈ прямої реакції.

Відповідь: - 69,70 кДж.

28. Виходячи із значень стандартних теплот утворення та стандартних ентропій відповідних речовин, обчисліть ΔG°₂₉₈ реакції NН₃(г) + НСl(г) = NH₄Cl(к). Чи можливий перебіг цієї реакції за стандартних умов?

Відповідь: - 92,08 кДж.

29. Визначте температуру за якої настане рівновага в системі

СО(г) + 2Н₂(г) = СН₃ОН(р); ΔН = - 128,05 кДж, якщо відомо, що молярна теплота пароутворення СН₃ОН(р) дорівнює + 37,4 кДж.

Відповідь: ~ 385,5 К.

30. Визначте температуру за якої настане рівновага в системі

СО₂(г) + СН₄(г) = 2СО(г) + 2Н₂(г); ΔН = 247,37 кДж.

Відповідь: ~ 961,9 К.

31. Визначте температуру за якої почнеться реакція в системі

СО(г) + Fe₃О₄(к) = 3FeO(к) + СО₂(г); ΔН = 34,55 кДж.

Відповідь: ~ 1102,4 К.

32. Згідно зі стандартними теплотами утворення та абсолютними стандартними ентропіями відповідних речовин обчисліть ΔG°₂₉₈ реакції

4NH₃ (г) + 5О₂ (г) = 4NO (г) + 6Н₂О (г). Чи можлива ця реакція за стандартних умов?

Відповідь: - 957,77 кДж.

33. Згідно зі стандартними теплотами утворення та абсолютними стандартними ентропіями відповідних речовин обчисліть ΔG°₂₉₈ реакції

СО₂ (г) + 4Н₂ (г) = СН₄ (г) + 2Н₂О (р). Чи можлива ця реакція за стандартних умов? Відповідь: - 130,86 кДж.

34. Обчисліть ΔН°₂₉₈, ΔS°₂₉₈ та ΔG°₅₀₀ і ΔG°₂₀₀₀ реакції

Fe₂О₃ (к) + 3Н₂(г)= 2Fe(к) + 3Н₂О (г). Чи можлива ця реакція за стандартних умов? Відповідь: 96,61 кДж; 138,83 Дж/К; 27,11 кДж; - 181,39 кДж.

35. Вкажіть який з карбонатів – ВеСО₃ чи ВаСО₃ - можна одержати за реакцією взаємодії відповідних оксидів з СО₂. Обчисліть ΔG°₂₉₈ відповідних реакцій. Відповідь: 31,24 кДж; - 216,02 кДж.

36. Згідно зі стандартними теплотами утворення та абсолютними стандартними ентропіями відповідних речовин обчисліть ΔG°₂₉₈ реакції

СО(г) + 2Н₂(г) = СН₃ОН(р), теплота пароутворення СН₃ОН(р) дорівнює + 37,4 кДж. Чи можлива ця реакція за стандартних умов?

Відповідь: - 29,114 кДж.

35. Обчисліть ΔН°₂₉₈, ΔS°₂₉₈ та ΔG°₁₀₀₀ і ΔG°₃₀₀₀ реакції

ТіО₂ (к) + 2С(к) = Ті(к) + 2СО (г). Чи можлива ця реакція за стандартних умов? ΔН°(ТіО₂) = - 943,9 кДж/моль.

Відповідь: 722,86 кДж; 364,84 Дж/К; 358,02 кДж; - 372,14 кДж.

35. Згідно зі стандартними теплотами утворення та абсолютними стандартними ентропіями відповідних речовин обчисліть ΔG°₂₉₈ реакції

С₂Н₄ (г) + 3О₂ (г) = 2СО₂ (г) + 2Н₂О (р). Чи можлива ця реакція за стандартних умов?

Відповідь: - 1333,09 кДж.

35. Визначте температуру за якої почнеться дисоціація пентахлориду фосфору, що відбувається за рівнянням РСl₅(г) = РСl₃ (г) + Сl₂(г); ΔН⁰ = 92,59 кДж.

Відповідь: 509 К.

35. Обчисліть зміну ентропії для реакцій, які відбуваються за рівняннями:

2СН₄(г) = С₂Н₂(г) + 3Н₂(г);

N₂ (г) + 3Н₂ (г) = 2NH₃ (г);

С(графіт) + О₂(г) = СО₂(г).

Чому в реакціях ΔS°₂₉₈ > О; < О; ~ О?

Відповідь: 220,21 Дж/К; - 198,26 Дж/К; 2,93 Дж/К.