7. Примеры решения задач

ВЫЧИСЛЕНИЕ СТАНДАРТНЫХ ТЕПЛОТ ОБРАЗОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ И ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Расчет стандартной теплоты образования веществ

Пример. Вычислите стандартную теплоту образования этана, если известна теплота его сгорания: ΔН^о_сгор.= –1560 кДж/моль.

Решение. Напишем уравнение реакции таким образом, чтобы перед формулой этана стехиометрический коэффициент был равен 1:

С₂Н₆ + 3,5О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О

ΔН^о_обр. 0 2·(–393)· 3·(–286)

ΔН^о_сгор.= ΔН^о_р. = (–286)·3.+ (–393)·2 – ΔН^о_обр. = –1560 кДж/моль,

ΔН^о_обр. = 1560 – 286·3 – 393·2 = –84 кДж/моль.

Пример. Определите стандартную теплоту образования этилового спирта, если теплоты сгорания углерода, водорода и этилового спирта соответственно равны:

–393,51; –285,84; –1366,91 кДж/моль.

Решение. Стандартная теплота образования вещества равна теплоте реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ при стандартных условиях.

Образование этилового спирта из простых веществ можно представить так: 2С + 3Н₂ + ¹/₂О₂ = С₂Н₅ОН. Углерод сгорает до СО₂, водород – до Н₂О, а этиловый спирт–до СО₂ и Н₂О. Следовательно, для определения стандартной теплоты образования C₂H₅ОH составим следующий цикл Гесса:

1. 2С + 2О₂ = 2СО₂ –393,51·2

2. 3Н₂+ ³/₂О₂ = 3Н₂О –285,84·3

3. 2СО₂+ ЗН₂О = С₂Н₅ОН + 3О₂ +1366,91

(1) + (2) + (3)

2С + 3Н₂ + ¹/₂О₂ = С₂Н₅ОН –277,6 кДж/моль

–393,51·2 –285,84·3 + 1366,91 = –277,6

Стандартная теплота образования этилового спирта равна:

ΔН^о₂₉₈ = –277,6 кДж/моль.

Расчет теплового эффекта реакции по стандартным теплотам образования реагирующих веществ

Пример. Определите количество теплоты, выделяющееся при гашении

100 кг извести водой, если стандартные теплоты образования реагирующих веществ равны (кДж/моль): ΔН^о (СаО_(к))= –635,1; ΔН^о (Са(ОН)_2(к))= –986,2;

ΔН^о (Н₂О_(ж)) = –285,84.

Решение. Реакция гашения извести: СaO + H₂О = Са(ОН)₂. Тепловой эффект реакции равен

∆Hº_p = Σ∆Hº_{обр.(прод.)} – Σ∆Hº_{обр.(исх..)}

ΔН^о_р. = ΔН^о (Са(ОН)_2(к)) –[ΔН^о (СаО_(к))+ ΔН^о (Н₂О_(ж))]

= –986,2+635,1 +285,84 = –65,3 кДж/моль.

Тепловой эффект реакции рассчитан на 1 моль СаО, т.е. на 56 г СаО. При гашении 100 кг СаО выделяется тепловая энергия:

56 г СаО — (–65,3) кДж

100 000 г СаО — х кДж

х = (100 000·(–65,3)) /56 = –1,16·10⁵ кДж.

Расчет теплового эффекта реакции по стандартным теплотам сгорания реагирующих веществ

Пример. Определите тепловой эффект реакции синтеза акриловой кислоты:

+ СО+ Н₂О_(ж) → СН₂=СН–СООН_(ж),

если стандартные теплоты сгорания ацетилена, оксида углерода и акриловой кислоты соответственно равны (кДж/моль): –1299,63, –282,50 и –1370,0.

Решение. Из закона Гесса следует, что тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот сгорания исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции (ΔН^о_сгор..н₂о=0, так как Н₂О – высший оксид);

∆Hº_p = Σ∆Hº_{сгор.(исх.)} – Σ∆Hº_{сгор.(прод.)}

ΔН^о = ΔН^о_сгор.(СН=СН) + ΔН^о_сгор.(СО) – ΔН^о_сгор. (СН₂=СН–СООН_(ж))=

–1299,63 – 282,50 + 1370,0 = –212,13 кДж/моль.

ВЫЧИСЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ГИББСА

Определение возможности протекания процесса по величине изменения энергии Гиббса.

Пример. Возможна ли следующая реакция в стандартных условиях:

t

SiО_{2 (к)} + 2NaОH _(p) = Na₂SiО_{3 (к)} + Н₂О _(ж)

если ΔG^о(SiО_{2 (к)}) = –803,75 кДж/моль; ΔG^о (Na₂SiО_{3 (к)})= –1427,8 кДж/моль;

ΔG^о (NaОH_(p)) = –419,5 кДж/моль; ΔG^о (Н₂О _(ж)) = –237,5 кДж/моль?

Можно ли выпаривать щелочь в стеклянном сосуде?

Решение. Изменение энергии Гиббса ΔG^о₂₉₈ реакции равно:

ΔG^о = ΣG^о_прод. – ΣG^о_исх.;

ΔG^о₂₉₈ = (–1427,8 – 237,5) – (–803,75 –419,5·2)= –22,55 кДж;

ΔG^о₂₉₈ = –22,55 кДж (т. е. ΔG<0), а следовательно, данная реакция возможна. Щелочь нельзя выпаривать в стеклянном сосуде, так как в состав стекла входит SiО₂.

Пример. Вычислить ΔG^о для реакции 2Н_{2 (г)}+О_{2 (г)} 2Н₂О_(г).

при 298, 500, 1000, 1500 К. Зависимостью ΔН^о и ΔS^o от температуры пренебречь. Построить график зависимости ΔG^о от температуры и найти по графику температуру, ниже которой указанная реакция в стандартных условиях может протекать самопроизвольно.

Решение. Согласно уравнению ΔG = ΔН – TΔS влияние температуры на ΔG определяется знаком и величиной ΔS. Если пренебречь влиянием Т на значения ΔН и ΔS, то приведённая зависимость ΔG =ƒ(T) является уравнением прямой, наклон которой определяется знаком ΔS. при ΔS>0 прямая идет вниз, при ΔS<0 – вверх.

Определим величину ΔН°₂₉₈ (исходные данные берем из табл.1)

∆Hº_p = Σ∆Hº_{обр.(прод.)} – Σ∆Hº_{обр.(исх..)}

ΔН°₂₉₈ = 2ΔН°_обр.(H₂O) – (2ΔН°_обр.(H₂) + 2ΔН°_обр.(O₂) = 2ΔН°_обр.(H₂O) =

=2(-241,84) = –483,68 (кДж) (на 2 моля H₂O)

ΔН°_обр.(Н₂О) = 0,5(–483,8) = –241,89 кДж/моль.<0

Следовательно, реакция экзотермическая.

Определим изменение энтропии данной реакции в стандартных условиях ΔS°₂₉₈ (исходные данные берем из табл.1)

ΔS^о = ΣS^о_прод. – ΣS^о_исх.:

ΔS°₂₉₈= 2S°_298.(H₂O) – [2S°_298.(H₂) + S° _298.(O₂)]= 2·188,74 – (2·130.6 + 205) =

–98,6(Дж/ К) = –0,0986(кДж/ К) < 0, ΔG =ƒ(T) прямая идет вверх.

Определим изменение энергии Гиббса ΔG°₂₉₈ в стандартных условиях (исходные данные берем из табл.1):

ΔG^о = ΣG^о_прод. – ΣG^о_исх.;

ΔG°₂₉₈ = 2ΔG°_298.(H₂O) – [2ΔG°₂₉₈(H₂) – ΔG°₂₉₈(O₂)] = 2(–228,8) = –457,6 кДж.

Отрицательная величина ΔG°₂₉₈ свидетельствует о том, что в стандартных условиях реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.

ΔG°₂₉₈ = ΔН°₂₉₈ – 298·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 298·(–0,0986) = –457,6кДж

ΔG°₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 500·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 500·(–0,0986) = –434,38кДж

ΔG°₁₀₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 1000·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 1000·(–0,0986) = –385,08кДж

ΔG°₁₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 1500·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – I500·(–0,0986) = –335,78 кДж

Построим график ΔG°_Т =f(Т):

Температура перехода ~4500 К

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГОГО РЕШЕНИЯ

1. Вычислите стандартную теплоту образования бензола С₆Н_{6 (ж)}, если известны теплоты сгорания водорода, углерода и бензола.

2. Определите стандартную теплоту образования сероуглерода CS₂, если известно, что

CS_{2 (ж)} + 3О₂ = СО_{2 (г)} + 2SО_{2 (г)} ΔН^о₂₉₈ = –1075 кДж/моль.

3. Вычислите ΔН^о₂₉₈ хлорида аммония, если для реакции

NH_{3 (г)} + НС1_(г) = NH₄CI _(к)

ΔН^о₂₉₈ = –176,93 кДж/моль.

4. Определите ΔН^о₂₉₈ BiCl_3(к), если ΔН^о₂₉₈BiCl_3(г) = –270,70 кДж/моль, а ΔН^о возгонки BiCl_3(к) 113,39 кДж/моль.

5. При взаимодействии 5 г металлического натрия с водой выделяется 40,25 кДж теплоты, а при взаимодействии 10 г оксида натрия с водой выделяется

36,46 кДж теплоты. Рассчитайте ΔН^о₂₉₈ Na₂0.

6. При растворении 16 г СаС₂ в воде выделяется 31,3 кДж теплоты. Определите стандартную теплоту образования Са(ОН)₂.

7. Определите ΔН^о₂₉₈ Fe₂О₃, если при реакции

2Fe + А1₂О₃ = Fe₂О₃+ 2A1

на каждые 80 г Fe₂О₃ поглощается 426,5 кДж теплоты.

8. Тепловой эффект реакции

SО_2(г) + 2H₂S_(г) = 3S_(ромб) + 2Н₂О_(ж)

равен –234,50 кДж. Определите стандартную теплоту образования H₂S.

9. Окисление аммиака протекает по уравнению

4NH_{3 (г)} + 3О_{2 (г)} = 2N₂ + 6Н₂0_(ж) ΔН^о₂₉₈ = –1528 кДж.

Определите стандартную теплоту образования NH_3(г) и NH₄ОH, если теплота растворения NH_3(г) в воде равна –34,65 кДж.

10. Вычислите стандартную теплоту образования сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁, если тепловой эффект реакции

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 12О₂ = 12СО₂ + 11Н₂О_(ж)

равен –5694 кДж.

11. Рассчитайте ΔН^о₂₉₈ ZnSО₄, если известно, что

2ZnS + 3О₂ = 2ZnО + 2SО₂ ΔН^о = –890,0 кДж;

2SО₂ + О₂ = 2SО₃ ΔН^о = –196,6 кДж;

ZnSО₄ = ZnO + SО₄ ΔН^о = +234,0 кДж.

12. Восстановление диоксида свинца водородом протекает по уравнению

РbО₂ + Н₂ = РbО + Н₂О_(г) ΔН^о = –182,8 кДж.

Определите стандартную теплоту образования РbО₂.

13. Вычислите стандартную теплоту образования бензойной кислоты С₆Н₅СООН_(к), если стандартная теплота сгорания бензойной кислоты равна

–3227,54 кДж/моль, а стандартные теплоты образования Н₂О и СО₂ см. в табл. 1 приложения.

14. Вычислите теплоту образования карбида кальция CaC₂, исходя из теплового эффекта реакции

CaО + 3С = CaC₂ + CО; ΔН^о = 460,0 кДж.

15.Определите ΔН^о₂₉₈ образования этилена, используя следующие данные:

C₂H_{4 (г)} + 3O_{2 (г)} = 2CO_{2 (г)} + 2H₂O_(г), ΔН^о = –1323 кДж;

C_{(графит)} + O_{2 (г)} = CO_{2 (г)} ΔН^о = –393,5 кДж;

H_2(г) + ½ O_2(г)=H₂O_(г); ΔН^о = –241,8 кДж

16. Вычислите ΔН^о реакций. Укажите, какая из них является эндотермической, а какая экзотермической. Тепловой эффект каких реакций представляет собой теплоту сгорания вещества?

а) 4NH_{3 (г)}+5O_{2 (г)}→4NO_(г)+6H₂O_(г);

б) 4NH_{3 (г)}+3O_{2 (г)}→2N_{2 (г)}+6H₂O_(г);

в) Fe₂O_{3 (к)}+3CO_(г)→2Fe_(к)+3CO_{2 (г)};

г) CH_{4 (г)}+2O_{2 (г)}→CO_{2 (г)}+H₂O_(ж);

д) 2Mg_(к)+CO_{2 (г)}→2MgO_(к)+C_{(графит)};

е) 2Сl_{2 (г)}+H₂O_(г)→4HCl_(г)+O_{2 (г)};

ж) 3CH_{4 (г)}+CO_{2 (г)}+H₂O_(ж)→4CO_(г)+8H_{2 (г)};

и) CaO_(к)+SiO_2(к)→CaSiO_{3 (к)};

к) 2H₂S_(г)+SO_2(г)→3S_(ромб)+2H₂O_(ж);

л) 2H_2(г)+P_4(т)→4PH_3(г);

м) 3Fe_(т)+2O_2(г)→Fe₂O_3(к);

н) 2C₂H_{2 (г)}+5О_{2 (г)}→4CO_{2 (г)}+2H₂O_(г);

п) 4HF_(г)+Br_{2 (ж)}→2HBr_(ж)+F_{2 (г)};

р) CaO_(к)+CO_{2 (г)}→CaCO_{3 (к)};

с) 4СО_(г) + 2SO_{2 (г)}→4СО_{2 (г)} + S_{2 (г)}.

Как необходимо было бы записать уравнения некоторых реакций (каких?), чтобы теплота этих реакций могла бы быть названа теплотой сгорания?

17. Вычислите тепловой эффект реакции

АI₂O_{3 (к)} + 3SO_{3 (г)} = Al₂(S0₄)_{3 (к)},

если известны стандартные теплоты образования реагирующих веществ.

18. Зная стандартные теплоты сгорания этана, метана и водорода (см. табл. 2 приложения), определите ΔН^о реакции:

С₂Н_{6 (г)} + Н_{2 (г)} = 2СН_{4 (г)}

19. Используя значение ΔН^о₂₉₈ реагирующих веществ, определите тепловой эффект реакции восстановления оксидом углерода оксида свинца (IV) до оксида свинца (II) с образованием диоксида углерода.

20. По стандартным теплотам сгорания веществ рассчитайте ΔН^о₂₉₈ системы

С₂Н₅ОН _(ж) + СH₃СООН _(ж) = СН₃СООС₂Н_{5 (ж)} + Н₂O

ΔН^о_сгор..сн₃соос₂н₅ = –2254,21 кДж/моль.

Конечные продукты сгорания – газообразный СО₂ и жидкая Н₂О.

21. Определите тепловой эффект реакции

NaH _(к) + Н₂О _(ж) = NaOH _(p) + Н_{2 (г)}

по стандартным теплотам образования веществ, участвующих в реакции, если ΔН^о _{NaH (к)} = –56,94 кДж/моль, ΔН^о _{NaОН (р)} = –469,47 кДж/моль.

22. Определите тепловой эффект реакции

2PbS +3О₂ = 2РbO + 2SО₂ ,

используя значение стандартных теплот образования реагирующих, веществ.

23 Вычислите теплоту перехода графита в алмаз, если при образовании

одного моля СО₂ из графита выделяется 393,5 кДж/моль, а из алмаза – 395,4 кДж/моль.

24. Исходя из реакций

КСIО₃ = КС1 + ½О₂; ΔН^о = –49,4 кДж/моль,

KCIО₄ = КС1 + 2О₂; ΔН^о = 33 кДж/моль,

вычислите ΔН^о реакции

4KСIО₃ = 3KCIО₄ + КС1

25. Теплоты сгорания этана С₂Н₆ и этилена С₂Н₄ соответственно составляют –1560 и

–1411 кДж/моль. Вычислите ΔН^о₂₉₈ реакции гидрирования этилена

С₂Н₄ + Н₂ = С₂Н₆

26. Теплоты сгорания бензола (г) и ацетилена соответственно составляют –3268 и

–1301 кДж/моль. Вычислите ΔН^о₂₉₈ реакции 3С₂Н_{2 (г)} = С₆Н_{6 (г)}

27. Теплота сгорания этилового спирта составляет –1409 кДж/моль. Вычислите ΔН^о₂₉₈ реакции

2СО + 4Н₂ = С₂Н₅ОН + Н₂О_(ж)

28. Вычислите ΔН^о₂₉₈ реакции:

а) 2Li _(к) + 2H₂O _(ж) = 2Li⁺_(водн.) + 2ОН^–_(водн.) + Н_{2 (г)};

б) 2Nа _(к) + 2H₂O _(ж) = 2Nа⁺_(водн.) + 2ОН^–_(водн.) + Н_{2 (г)};

Стандартные энтальпии образования Li⁺_(водн.), Nа⁺_(водн.), ОН^–_(водн.) принять соответственно равными –278,5, – 239,7 и –228,9 кДж/моль.

29. Исходя из ΔН^о₂₉₈ образования H₂O _(г) и следующих данных:

FeO _(к) + CO _(г) = Fe_(к) + СО_{2 (г)} ΔН^о₂₉₈ = –18,2 кДж;

2CO _(г) + О₂ = 2СО_{2 (г)} ΔН^о₂₉₈ = –566,0 кДж;

вычислить ΔН^о₂₉₈ реакции

FeO _(к) + H_{2 (г)} = Fe _(к) + H₂O _(г) .

30. Определить ΔН^о₂₉₈ реакции 3С₂Н_{2 (г)} = С₆Н_{6 (ж)}, если ΔН^о₂₉₈ реакции горения ацетилена с образованием СО_{2 (г)} и Н₂O _(ж) равна –1301 кДж/моль, а ΔН^о₂₉₈ образования С₆Н_{6 (ж)} составляет 82,9 кДж/моль.

31. При стандартных условиях теплота полного сгорания белого фосфора равна

760,1 к Дж/моль, а теплота сгорания черного фосфора равна 722,1 к Дж/моль. Чему равна теплота превращения черного фосфора в белый при стандартных условиях?

32. При получении азотной кислоты из KNО₃ протекают следующие реакции:

KNО_{3 (к)} + H₂SО_{4 (р)} = KHSО_{4 (к)} + HNО_{3 (г)} (а)

2KNО₃ (к) + H₂SО_{4 (р)} = K₂SО_{4 (к)} + 2HNО_{3 (г)} (б)

Сколько теплоты выделяется (или поглощается) при получении 1 кг азотной кислоты, если 80% ее образуется по реакции (а), ΔН^о (HNО_3(г))=

–133,90 кДж/моль.

33. Разложение гремучей ртути при взрыве идет по уравнению

Hg(ONC)₂ = Hg + 2CO + N₂ + 364,2 кДж.

Определите объем выделившихся газов (н.у.) и количество теплоты, поглотившейся при взрыве 1,5 кг Hg(ONC)₂.

34. Определите количество теплоты, выделяющейся при взаимодействии 50 г фосфорного ангидрида с водой по реакции

Р₂O₅ + Н₂О = 2НРO₃,

если тепловые эффекты реакции равны:

2Р + 5/2O₂ = Р₂O₅ –1549,0 кДж;

2Р + Н₂ + 3O₂ = 2НРO₃ –1964,8 кДж.

35. Вычислите количество теплоты, которое выделяется при сгорании 20 л диборана (н.у.), если ΔН^о₂₉₈В₂0_{3 (к)} и В₂Н_{6 (г)} соответственно равны –1264 и

+31,4 кДж/моль. Целесообразно ли использовать в качестве топлива диборан вместо этана, если стандартная теплота сгорания этана –1559,88 кДж/моль?

36. Найдите теплоту сгорания алмаза, если стандартная теплота сгорания графита равна –393,51 кДж/моль, а теплота фазового перехода

С _{(графит)} → С _(алмаз) равна 1,88 кДж/моль.

37. Какое количество теплоты выделяется при превращении 1 кг красного фосфора в черный, если ΔН^о_{Р (красный)} = –18,41; ΔН^о_{Р (чёрный)}= –43,20 кДж/моль?

38. Сколько нужно затратить теплоты, чтобы разложить 200 г Na₂CО₃ до оксида натрия и диоксида углерода, если тепловые эффекты реакций равны:

Na₂CО₃ + SiО₂ = Na₂SiО₃ + СО₂ +819,29 кДж;

Na₂О + SiО₂ = Na₂SiО₃ –243,5 кДж?

39. Сколько теплоты выделится при сжигании 38 г сероуглерода CS₂?

40. При полном сгорании этилена (с образованием жидкой воды) выделилось 6226 кДж. Найти объем вступившего в реакцию кислорода (условия нормальные).

41. Водяной газ представляет собой смесь равных объемов водорода и оксида углерода (II). Найти количество теплоты, выделяющейся при сжигании 112 л водяного газа, взятого при нормальных условиях.

42. Сожжены с образованием H₂O (г) равные объемы водорода и ацетилена, взятых при одинаковых условиях. В каком случае выделится больше теплоты? Во сколько раз?

43. Найти массу метана, при полном сгорании которой (с образованием жидкой воды) выделяется теплота Q, достаточная для нагревания 100г воды от 20 до 30ºС. Мольную теплоемкость воды принять равной С = 75,3 Дж/(моль·К).

Q = C·ν·Δt, где ν – число молей воды.

44. Найти количество теплоты, выделяющееся при взрыве 8,4 л гремучего газа (2Н₂ + О₂), взятого при нормальных условиях.

45. Вычислите теплоту сгорания этилена С₂Н₄, если известно, что теплота его образования 52,3 кДж/моль. Каков тепловой эффект сгорания 10 л С₂Н₄ (27° С и 98,64 кПа)?

46.При сгорании одного литра ацетилена (0^оС и 101,3 кПа) выделяется

58,2 кДж. Вычислите ΔН^о_обр ацетилена.

47. Вычислите ΔG^о следующих реакций и определите, в каком направлении они будут протекать, если все вещества взяты при стандартных условиях:

а) 2N₂O_(г) + O_2(г) ↔ 4NO_(г);

б) N₂O_(г) + NO_(г) ↔ NO_{2 (г)} + N_2(г);

в) N₂O_(г) + NO_{2 (г)} ↔ 3NO_(г);

г) 4НС1_(г) + O_{2 (г)} ↔ 2C1_{2 (г)} + 2H₂O_(г);

д) H_{2 (г)} + Se_(г) ↔ H₂Se_(г);

е) 2HF_(г) + O_{3 (г)} ↔ Н₂О_(г) + F_2(г) + O_{2 (г)};

ж) O_{3 (г)} + Н₂О_{2 (ж)} ↔ 2O_2(г) + Н₂О_(ж);

и) СаСО_{3 (к)} ↔ СаО_(к) + СО_2(г);

к) MgCO_3(к) ↔ MgO_(к) + СО_{2 (г)};

л) N_2(г) + О_2(г) ↔ 2NО_(г);

м) 3MnO_{2 (к)} ↔ Mn₃O_4(к) + О_{2 (г)};

н) ВаСО_{3 (к)} ↔ ВаО_(к) + СО_{2 (г)};

п) 2Au_(к) + 3/2О_{2 (г)} ↔ Au₂О_{3 (к)};

р) Fe₂O_3(к) + 3СО_(г) ↔ 2Fe_(к) + 3СО_{2 (г)};

с) NiO_(к) + Pb_(к) ↔ Ni_(к) + PbO_(к).

48. Возможна ли следующая реакция:

2Hg₂Cl₂ = 2HgCl₂ + 2Hg?

Ответ подтвердите, рассчитав AG°₂₉₈ этой системы.

49. Определите ΔG^о₂₉₈ реакции

МеО_(к) + СО_{2 (г)} = МеСО_{2 (к)}

для металлов от Вe до Ва; на основании этого сделайте вывод об изменении основных свойств оксидов этих металлов.

50. Исходя из величин ΔG^о₂₉₈ соединений, участвующих в реакции, определите, возможна ли реакция

А1₂О_{3 (к)} + 2SО_{3 (к)} = A1₂(SО₄)_{3 (к)}

51. Какая из приведенных реакций разложения KNО₃ наиболее вероятна?

а) КNО₃ = K+NО₂ + 1/2О₂

б) 2КNО₃ = К₂О + 2NО₂ + О₂

в) KNО₃ = КNО₂ + 1/2О₂

52. Вычислите значение ΔG^о₂₉₈ следующих реакций восстановления оксида железа (II):

а) FeO_(к) + ½С_{(графит)} = Fe_(к) + ½СО_{2 (г)}

б) FeO_(к) + С_{(графит)} = Fe_(к) + СО_(г)

в) FeO_(к) + СО_(г) = Fe_(к) + СО_2(г)

Протекание какой из этих реакций наиболее вероятно?

53. Будут ли при 25° С протекать реакции:

а) КН + Н₂О = КОН + Н₂;

б) КН = К + 1/2Н₂?

Как будет влиять повышение температуры на направление указанных процессов?

54. Как изменяются основные свойства гидроксидов в ряду

LiOH → NaOH → КОН →RbOH → CsOH?

Ответ дайте, рассчитав ΔG^о₂₉₈ системы

Ме₂О + Н₂О = 2МеОН

55. Какие из приведенных ниже водородных соединений получают непосредственно из элементов, а какие косвенным путем: Н₂О_(г), H₂S_(г), H₂Se_(г), H₂Te_(г)?

56. Можно ли использовать при стандартных условиях нижеприведенную реакцию для получения аммиака?

NH₄C1_(к) + NaOH_(к) = NaCl_(к) + Н₂O_(г) + NH_3(г)

57. Вычислите ΔG^о образования СН₄, С₂Н₄ и NH₃,исходя из значений ΔН^о _обр. и изменения энтропии ΔS^o.

Полученные величины сравните с данными, приведенными в табл.1

58. Какие из перечисленных оксидов можно восстановить водородом:

а) Li₂О; б) СuО; в) МnО; г) РЬО?

59. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298 К: СаО, ZnO, NiO, SnO₂, А1₂О₃?

60. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием до свободного металла при 298 К: СаО, FeO, СuО, РЬО, Fe₂O₃, Cr₂O₃?

61. Вычислить ΔG^о для реакции СаСО_3(к) ↔ СаО_(к) + СО_2(г)

при 25, 500 и 1500^оС. Зависимостью ΔН^о и ΔS^o от температуры пренебречь.

Построить график зависимости ΔG^о от температуры и найти по графику температуру, выше которой указанная реакция в стандартных условиях может протекать самопроизвольно.

62. В приведенных ниже реакциях под символами ионов в растворе кристаллических солей указаны их ΔG° образования в кДж/моль. Вычислите ΔG° образования соли из ионов и определите, в каком случае произойдет образование кристаллической соли, а в каком будет преобладать переход соли в раствор в виде ионов:

a) Ag⁺_(Р) + F^–_(р) = AgF_(к)

77,11 –276,5 –186,6

б) Ag⁺_(р) + С1^–_(р) = AgCl _(к)

77,11 –131,17 –109,6

в) Mg²⁺_(p) + SO₄^–2_(p) = MgSO_{4 (к)}

–456,0 –743 –1171,5

г) Ва²⁺_(р) + SO_{4 (p)} = BaSO_{4 (к)}

–560,7 –743 –1351,4

д) Са²⁺_(р) + 2F^–_(р) = CaF_{2 (к)}

–553,0 –276,5 –1164,0

е) Са²⁺_(р) + 2С1^–_(р) = СаС1_{2 (к)}

–553,0 –131,17 –750,2

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Стандартные энтальпии образования, ∆Нº₂₉₈ энтропии, Sº₂₉₈ и энергии Гиббса образования ∆Gº₂₉₈ некоторых веществ при 298 К (25 °С)

Вещество	∆Нº298, кДж/моль	Sº298, Дж/(моль·К)	∆Gº298, кДж/моль
1	2	3	4
Ag (к)	0	42,69	0
AgBr (к)	–99,16	107,1	–95,94
AgCI (к)	–126,8	96,07	–109,7
AgI (к)	–64,2	114,2	–66,3
AgF (к)	–202,9	83,7	–184,9
AgNO3 (к)	–120,7	140,9	–32,2
Ag2O (к)	–30,56	121,7	–10,82
Ag2CO3 (к)	–506,1	167,4	–437,1
AI (к)	0	28,31	0
А12О3 (к)	–1676,0	+50,9	–1582,0
AI(OH)3 (к)	–1275,7	74,1	–1139,72
AICI3 (к)	–697,4	167,0	–636,8
AI2(SO4)3	–3434,0	239,2	–3091,9
As (к)	0	35,1	0
As2O3 (к)	–656,8	107,1	–575,0
As2O5 (к)	–918,0	105,4	–772,4
Au (к)	0	47,65	0
Au2О3 (к)	–3	134	77
AuF (к)	–74,3	96,4	–58,6
AuF3 (к)	–348,53	114,2	–297,48
Au(OH)3 (к)	–418,4	121,3	–289,95
AuCI3 (к)	–118,4	146,4	–48,53
B (к)	0	5,87	0
B2O3 (к)	–1264,0	53,85	–1184
B2H6 (г)	31,4	232,9	82,8
Ba (к)	0	64,9	0
ВаО (г)	–131	235	–152
ВаО (к)	–538	70,3	–510

Продолжение табл. 1

1	2	3	4
BaCO3 (к)	–1201	112	–1123
Be (к)	0	9,54	0
BeO (к)	–598,7	14,10	–581,6
BeCO3 (к)	–981,57	199,4	–944,75
Bi (к)	0	56,9	0
BiCI3 (г)	–270,7	356,9	–260,2
BiCI3 (к)	–379,1	189,5	–318,9
Br2 (ж)	0	152	0
Br2 (г)	30,92	254,35	3,14
С (графит)	0	5,7	0
С (алмаз)	2	2	3
СС14 (г)	–103	310	–61
СС14 (ж)	–135,4	214,4	–64,6
СН4 (г)	–74,9	186,2	–50,8
С2H2 (г)	226,8	200,8	209,2
С2H4 (г)	52,3	219,4	68,1
С2H6 (г)	–89,7	229,5.	–32,9
С6H6 (ж)	82,9	269,2	129,7
C2H5OH (ж)	–277,6	160,7	–174,8
C6H12O6 (глюкоза)	–1273,0	–	–919,5
CH3COOH (ж)	–484,9	159,8	–392,46
C6H5COOH (к)	–385	168	–
СО (г)	–110,5	197,5	–137,1
СO2 (г)	–393,5	213,7	–394,4
СOCI2 (г)	–223,0	289,2	–210,5
CS2 (г)	115,3	237,8	65,1
CS2 (ж)	87,8	151,0	63,6
Ca	0	41,62	0
СаСO3 (к)	–1207,0	88,7	–1127,7
СаSiО3 (к)	–1635	+82	–1550
СаF2 (к)	–1214,6	68,9	–1161,9
CaCI2 (к)	–785,8	113,8	–750,2
CaC2 (к)	–62,7	70,3	67,8

Продолжение табл. 1

1	2	3	4
Ca3N2 (к)	–431,8.	105	–368,6
CaO (к)	–635,5	39,7	–604,2
Са(OH)2 (к)	–986,6	76,1	–896,8
СаSО4 (к)	–1424,0	106,7	–1320,3
Ca3(PO4)2 (к)	–4125,0	240,9	–3899,5
С12 (г)	0	222,9	0
С12O (г)	76,6	266,2	94,2
ClО2 (г)	105,0	257,0	122,3
Cl2O7 (ж)	251,0	–	–
Cr (к)	0	23,76	0
Cr2O3 (к)	–1140,6	81,2	–1050,0
	–
CoO (к)	–162,0	42,6	–129,9
Cu (к)	0	33,3	0
Cu2O (к)	–167,36	93,93	–146,36
CuO (к)	–165,3	42,64	–127,19
Cu(OH)2	–443,9	79,50	–356,90
CuF2 (к)	–530,9	84,5	–485,3
CuCI2 (к)	–205,9	113,0	–166,1
CuBr2 (к)	–141,42	142,34	–126,78
CuI2 (к)	–21,34	159,0	–23,85
Cu2S (к)	–82,01	119,24	–86,19
CuS (к)	–48,5	66,5	–48,95
CuSO4 (к)	–771,1	113,3	–661,91
CuCO3 (к)	–594,96	87,9	–517,98
Cu(NO3)2 (к)	–307,11	193,3	–114,22
Fe (к)	0	27,15	0
FeO (к)	–263,68	58,79	–244,35
Fe2O3(к)	–822,2	+87,4	–740,3
Fe3O4 (к)	–1117,1	+146,2	–1014,2
Fe(ОН)3 (к)	–824,25	96,23	–694,54

1	2	3	4
FeCl3(к)	–405,0	130,1	–336,39
FeSO4 (к)	–922,57	107,51	–829,69
FeCO3 (к)	–744,75	92,9	–637,88
Н2 (г)	0	130,5	0
HBr (г)	–36,3	198,6	–53,3
НСN (г)	135,0	113,3	125,5
НCl (г)	–92,3	186,8	–95,2
НCl (ж)	–167,5	55,2	–131,2
HF (г)	–270,7	178,7	–272,8
HI (г)	26,6	206,5	1,8
HN3 (ж)	294,0	328,0	238,8
Н2O (г)	–241,8	188,7	–228,6
Н2O (ж)	–285,8	70,1	–237,3
Н2S (г)	–21,0	205,7	–33,02
Н2S (ж)	–39,33	122,2	–27,36
Н2Sе (г)	85,77	221,3	71,13
Н2Te (г)	154,39	234,3	138,48
HCIO (ж)	–116,4	129,7	80,0
HNO3 (ж)	–173,0	156,16	–79,91
Н2SO4 (ж)	–811,3	156,9	–742,0
HPO3 (ж)	–982,4	150,6	–902,91
H3PO4 (ж)	–1271,94	200,83	–1147,25
K (к)	0	64,35	0
K2О (к)	–361,5	87,0	–193,3
KОН (к)	–425,93	59,41	–374,47
KNO3 (к)	–492,71	132,93	–393,13
KNO2 (к)	–370,28	117,15	–281,58
K2SO4 (к)	–1433,44	175,73	–1316,37
KНSO4 (к)	–1158,1	187,89	–1043,49

Продолжение табл. 1

1	2	3	4
KН (к)	–56,9	67,95	–38,49
KCl (к)	–435,9	82,6	–408,0
KClO3 (к)	–391,2	143,0	–289,9

Li	0	28,03	0
Li2O	–595,8	37,9	–560,2
Li(OH)	–487,8	42,81	–443,1
Mg (к)	0	32,55	0
MgО (к)	–601,24	26,94	–569,6
Mg(ОН)2 (к)	–924,66	63,14	–833,7
MgCO3 (к)	–1096,21	65,69	–1029,3
МgSO4 (к)	–1063,74	112,13	–955,96
МgCI2 (к)	–641,1	89,9	–591,6
Мg3N2 (к)	–461,1	87,9	–400,9
МgО (к)	–601,8	26,9	–569,6
МnО (к)	–385,10	61,5	–363,3
МnО2 (к)	–521,49	53,14	–466,68
Мn2O3 (к)	–957,72	110,46	–879,91
Мn3O4 (к)	–1387,60	154,81	–1282,9
N2 (г)	0	200,0	0
NH3(г)	–46,2	192,6	–16,7
NH4OH (ж)	–366,69	179,9	–263,8
NH4CI (к)	–315,39	94,56	–343,64
NH4NO2 (к)	–256	–	–
N2O (г)	82,0	219,9	104,1
NO (г)	90,3	210,6	86,6
N2O3 (г)	83,3	307,0	140,5
NO2 (г)	33,5	240,2	51,5
N2O4 (г)	9,6	303,8	98,4
N2O5 (г)	83,3	307,0	140,5
Na (к)	0	0	51,42
Na2O (к)	–430,6	71,1	–376,6
NaOH (к)	–426,6	64,18	–377,0

Продолжение табл. 1

1	2	3	4
NaCI (к)	–410,9	72,36	–384,0
Na2CO3 (к)	–1129,0	136,0	–1047,7
Na2SO4 (к)	–1384,0	149,4	–1266,8
Na2 SiO3 (к)	–1518,0	113,8	–426,7
NiO (к)	–239,7	33,0	–211,6
O2 (г)	0	205,0	0
OF2(г)	25,1	247,0	42,5
РС13 (ж)	–320,9	218,5	–274,1
РС13 (г)	–287,02	311,7	–267,9
РС15 (к)	–445,9	170,8	–318,2
РС15 (г)	–374,9	364,5	–305,1
РН3(г)	5	210	13
P2O3 (к)	–820	173,5	–
P2O5 (к)	–1492	114,5	–1348,8
Pb (к)	0	64,9	0
РЬО (к)	–219,3	66,1	–189,1-
PbO2 (к)	–276,6	74,9	–218,3
PbCI2 (к)	–359,2	136,4	–313,97
PbSO4 (к)	–918,1	147,28	–811,24
PbS (к)	–94,28	91,20	–92,68
Rb (к)	0	76,2	0
Rb2O (к)	–330,12	109,6	–290,79
RbOH (к)	–413,8	70,7	–364,43
S (ромб)	0	31,88	0
SO2 (г)	–296,9	248,1	–300,г
SO3 (г)	–395,8	256,7	–371,2;
SiCI4 (ж)	–687,8	239,7	–
SiH4 (г)	34,7	204,6	57,2
SiO2 (кварц)	–910,9	41,8	–856,7
SnO (к)	–286,0	56,5	–256,9
SnO2 (к)	–580,8	52,3	–519,3

Продолжение табл. 1

I	2	3	4
SrO (к)	–590,4	54,4	–559,8
SrCO3 (к)	–1221,3	97,1	–1137,6
Тi (к)	0	30,6	0
TiС14(ж)	–804,2	252,4	–737,4
TiO2 (к)	–943,9	50,3	–888,6
WО3 (к)	–842,7	75,9	–763,9
Zn (к)	0	41,52	0
ZnО (к)	–350,6	43,6	–320,7
ZnS (к)	–201,0	57,7	–198,32
ZnSO4 (к)	–978,2	124,6	–871,57

Влияние температуры на направление химических реакций

ΔН	ΔS	ΔG	Направление реакции	Примеры реакций
ΔН<0	ΔS>0	ΔG<0	Прямая реакция может быть самопроизвольной при любых температурах	2C (графит) + O2 (г) = 2СО (г)
ΔН>0	ΔS<0	ΔG>0	Прямая реакция не может идти самопроизвольно при любых температурах	2СО (г) = 2C (графит) + O2 (г)
ΔН<0	ΔS<0	ΔG<0 ΔG>0	Самопроизвольно может идти прямая реакция при низких температурах и обратная реакция при высоких температурах	CaO (к) + СО2 (г) = CaCO3 (к)
ΔН>0	ΔS>0	ΔG>0 ΔG<0	Самопроизвольно может протекать прямая реакция при высоких температурах и обратная реакция при низких температурах	CH4 + 2H2O(г) = СО2 (г) + 4H2(г)

Таблица 2

Теплоты сгорания некоторых веществ в стандартных условиях

(конечные продукты сгорания СО_{2 (г)}, и Н₂О_(ж))

Соединение		∆Нºсгор, кДж/моль
CO	Монооксид углерода	–284,1
СН4 (г)	Метан	–890,31
С2Н2(г) С2Н4(г) С2H6 (г)	Ацетилен Этилен Этан	–1299,63 –1410,97 –1559,88
С3H8 (г)	Пропан	–2210,5
С5H12 (г)	н-Пентан	–3520,9
С6H6 (ж)	Бензол	–3267,7
С7H8 (ж)	Толуол	–3910,28
CH3OH (ж)	Метиловый спирт	–726,64
C2H5OH (ж)	Этиловый спирт	–1366,91,
C2H4(OH)2 (ж) C3H5(OH)3 (ж) C4H8O2 (ж) С4Н10О (ж) СН3СООН (ж) С7Н6О2 (к) С6Н12О6 С12Н22О11 CH3NO2 (ж)	Этиленгликоль Глицерин Этилацетат Диэтиловый эфир Уксусная кислота Бензойная кислота Глюкоза Сахароза Нитрометан	–1192,86 –1664,40 –2254,21 –2730,90 –873,79 –3227,54 –2815,8 –5648,0 –711,50
C2H5NO2 (ж)	Нитроэтан	–1353,20
CHCl3 (ж)	Хлороформ	–374,60
СС14 (ж)	Тетрахлорид углерода	–156,70

Таблица 3

Значения энергии связей при 298 К и приближенные значения молярных теплот атомизации

Энергия связи, кДж/моль										Молярная теплота атомизации, кДж/моль
	H-	C-	C	C	N	N	N	O	O
H	436	413			391			463		217,9
C	413	348	615	812	292	615	891	351	728	718,4
N	391	292	615	891	161	418	946	256	453	472,6
O	461	351	728		256	453		139	485	247,5
F	563	441			270			185		76,6
Si	295	290						369		368,4
P	320									314,5
S	339	259	477						386	222,8
Cl	432	328			260			203		121,4
Br	366	276								111,8
J	299	240								106,6