И энергии Гиббса образования DfG0 некоторых веществ

Вещество	D H ^0, кДж/моль	S ^0, Дж/моль×К	D G ^0, кДж/моль
Al(OH)3 (аморф.)	-	-	-1143,0
BaO (к)	-553,9	70,5	-525,4
BaCO3 (к)	-1210,85	112,13	-1132,77
BeO (к)	-598,73	14,14	-569,94
BeCO3 (к)	-982	67,29	-944,7
C (графит)		5б74
C (алмаз)	1.828	2,37	2,834
C2H2 (газ)	226,75	200,82	209,21
C2H4 (г)	52,3	219,4	68,1
C2H5OH (ж)	-277,6	160,7	-174,8
CH3COOH (ж)	-487,0	159,8	-382,4
C3H8O3(ж)	-668,60	204,47	-477,07
C6H12O6(к) глюкоза	-1273,0	-	-919,5
C12H22O11(к) сахароза	-2222,12	360,24	-1544,70
CaO (к)	-635,5	39,7	-604,2
CaCO3 (к)	-1207,0	-88,7	-1129,6
CO (г)	-110,5	197,5	-137,1
CO2 (г)	-393,5	213,7	-394,4
CO(NH2)2 (к)	-332,88	104,5	-196,82
O2 (г)		205,0
CuO (к)	-162,0	42,6	-129,9
Fe3O4 (к)	-1117,1	146,2	-1014,2
H2 (г)		130,5
H2O (г)	-241,8	188,7	-228,6
H2O (ж)	-285,8	70,1	-237,23
H2O (к)	-291,85	(39,33)	-
H2O2 (ж)	-187,0	110,0	-120,0
HCl (г)	-92,3	186,8	-95,3
NH3 (г)	-45,94	192,6	-16,48
N2O (г)	82,01	219,83	104,12
NO (г)	91,26	210,64	87,58
P4O10 (к)	-2984,03	228,86	-2697,6

Пример 1. С помощью термохимического уравнения:

H₂S_(г) + 3/2 O_2(г) = SO_2(г) + H₂O_(г) + 562,8 кДж

определите объем сгоревшего сероводорода, если известно, что в результате реакции выделилось 281,4 кДж теплоты.

Решение:

Проведем расчет по уравнению реакции и определим объем H₂S:

x л 281,4 кДж

H₂S_(г) + 3/2 O_2(г) = SO_2(г) + H₂O_(г) + 562,8 кДж..

22,4 л

, отсюда x = V (H₂S)=11,2 л. Ответ: V (H₂S)=11,2 л.

Пример 2. Вычислите тепловой эффект реакции:

4NH_3(г) + 5O_2(г) = 4NO_(г) + 6H₂O_(ж)

при стандартных условиях, пользуясь справочными значениями стандартных энтальпий образования веществ (табл. 3).

Решение: По закону Гесса:

D H ⁰_{хим.р-ции} = ∑n_i D _fH ⁰_п.род. – ∑n_j D _fH ⁰_исх.;

D H ⁰_{хим.р-ции} =[4D _fH⁰ (NO_(г)) + 6D _fH ⁰(H₂O_(ж))] – [4D _fH ⁰(NH_3(г)) + 5D _fH ⁰(O_2(г))]=[4∙51 + 6∙(– 286)] – [ 4∙(– 46) + 5∙0]= – 1168 кДж/моль

Ответ: Так как D H ⁰_{хим.р-ции} < 0, то Q = +1168 кДж/моль, т.е. процесс экзотермический.

Пример 3. Определите калорийность 350 г пищевого продукта, содержащего 50 % воды, 30 % белка, 15 % жиров и 5 % углеводов.

Решение:

m (белка)=350×0,30=105 г; m (углевод.)=350×0,05=17,5 г; m (жиров)=350×0,15=52,5 г.

Калорийность белков и углеводов составляет 17,1 кДж/моль калорийность жиров - 38 кДж/моль.

Калорийность пищевого продукта равна:

105×17,1 + 17,5×17,1 + 52,5×38,0 = 4089,75 кДж или

4089,75:4,18 = 978,4 ккал.

Ответ: калорийность 350 г пищевого продукта составляет 4089,75 кДж или 978,4 ккал.

Пример 4. Рассчитайте энтальпию гидратации Na₂SO₄, если известно, что энтальпия растворения безводной соли Na₂SO_4(к) равна

–2,3 кДж/моль, а энтальпия растворения кристаллогидрата Na₂SO₄×5H₂O_(к) равна +78,6 кДж/моль.

Решение: При растворении безводной соли происходит ее гидратация и последующее растворение кристаллогидрата в воде. Эти процессы могут быть выражены энтальпийной диаграммой и следующими термодинамическими уравнениями:

Na₂SO_4(к) + 10H₂O_(ж) = Na₂SO₄×10H₂O_(ж); D H ₁=?

Na₂SO₄×10H₂O_(к)+ H₂O_(ж) = Na₂SO_4(р-р); D H ₂= +78,6 кДж/моль

Na₂SO_4(к)+ H₂O_(ж) = Na₂SO_4(р-р); D H ₃= -2,3 кДж/моль

В соответствии с законом Гесса энтальпия процесса растворения безводной соли (D H ₃) равна сумме энтальпий гидратации безводной соли до кристаллогидрата (D H ₁) и энтальпии растворения кристаллогидрата (DH₂):

D H ₃ =D H ₁ + D H ₂.

Поэтому энтальпия гидратации Na₂SO₄ будет равна:

D H ₁=D H ₃ - D H ₂=-2,3 - 78,6=-80,9 кДж/моль.

Ответ: энтальпия гидратации Na₂SO₄ равна -80,9 кДж/моль.

Пример 5. В каком состоянии (кристаллическом или парообразном) энтропия 1 моль вещества больше при одинаковой температуре?

Решение: Энтропия есть мера неупорядоченности состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) расположены упорядоченно и могут находиться лишь в определенных точках пространства, а для газа таких ограничений нет. Объем 1 моль газа гораздо больше объема 1 моль кристаллического вещества; возможность хаотичного движения молекул газа больше. Поскольку энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия 1 моль паров вещества больше энтропии 1 моль его кристаллов при одинаковой температуре.

Пример 6. Вычислите энергию Гиббса (D G ⁰_{хим.р-ции}) следующих реакций при стандартной температуре:

1) 2H_2(г) +O_2(г) = 2H₂O_(г);

2) 2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г);

3) 6CO_2(г) + 6H₂O_(г) = C₆H₁₂O_6(к0 + 6O_2(г).

Как изменится D G ⁰_{хим.р-ции} при повышении температуры?

Решение: Энергии Гиббса приведенных реакций можно вычислить с использованием справочных значений энтальпий образования веществ и энтропии. Как правило, значения D H⁰ приводятся в кДж/моль, а D S ⁰ – в Дж/(моль×К).

2H_2(г) +O_2(г) = 2H₂O_(г)

D _fH ⁰, кДж/моль 0 0 2×(-241,8)

D H ⁰_{хим.р-ции}=2×(-241,8) -0 = -483,6 кДж/моль.

S ⁰, Дж/(моль×К) 2×(130,5) 205,0 2×(188,7)

D S ⁰_{хим.р-ции} = 2×(188,7) – [2×(130,5) + 205,0] = -88,7 Дж/К;

D G ⁰_{хим.р-ции} = D H ⁰_{хим.р-ции} - T ×D S ⁰_{хим.р-ции} = – 483,6 – 298∙(– 88,7) =

= – 457,2 кДж.

Если имеются значения энергий Гиббса образования веществ, то можно провести расчет с их использованием. В данном случае D G ⁰_{хим.р-ции} =2×D _fG ⁰ (H₂O_(г)), так как D G ⁰ для простых веществ равна нулю.

Для реакции (2) проведем расчет энергии Гиббса с использованием справочных значений D _fG ⁰ веществ:

2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г);

D _fG ⁰, кДж/моль: 2×(-300,2) 0 2×(-371,1)

D G ⁰_{хим.р-ции} = 2×(-371,1) – 2×(-300,2) = -141,8 кДж.

Распространенной ошибкой является представление о том, что если D G ⁰_{хим.р-ции} < 0, то соответствующий процесс обязательно протекает. Например, в случае реакции (1) D G ⁰_{хим.р-ции} << 0, но несмотря на это при комнатной температуре водород и кислород практически не взаимодействуют. При 1000 ⁰С происходит энергичное взаимодействие: взрыв гремучего газа. Реакцию (2) практически невозможно провести ни при комнатной температуре, ни при 1000⁰С, так как при комнатной температуре мала скорость реакции, а при 1273К D G ⁰_{хим.р-ции} > 0. Этот вывод справедлив, если все вещества в смеси находятся в стандартном состоянии.

Задачи для самостоятельного решения

61. Рассчитайте изменение энтальпии D H ⁰ в процессе усвоения в организме человека сахарозы, который сводится к ее окислению:

C₁₂H₂₂O_{11 (к)} + 12O_{2 (г)} = 12CO_{2 (г)} + 11H₂O_(ж),

используя данные табл. 4. Поясните полученный результат.

(Ответ: – 5643,68 кДж)

62. Вычислите значение энтальпии D H ⁰ для протекающих в организме реакций превращения глюкозы:

а) C₆H₁₂O_{6 (к)} + 6O_{2 (г)} = 6CO_{2 (г)} + 6H₂O _(ж);

б) C₆H₁₂O_{6 (к)} = 2C₂H₅OH _(ж) + 2CO_{2 (г)}.

Какая из реакций даст организму больше энергии?

(Ответ: а) –2803 кДж; б) –69,2 кДж)

63. Рассчитайте тепловой эффект Q процесса образования из аммиака и углекислого газа мочевины – одного из важнейших продуктов жизнедеятельности организмов:

2NH_{3 (г)} + CO_{2 (г)} = CO(NH)_{2 (г)} + H₂O _(ж),

используя данные табл. 4. Поясните полученный результат.

(Ответ: +132,78 кДж)

64. В организме человека этанол окисляется в две стадии: до уксусного альдегида (D H ⁰₁= – 256 кДж/моль), а затем до уксусной кислоты (D H ⁰₂= – 237 кДж/моль):

C₂H₅OH_(ж) CH₃COH _(ж) CH₃COOH _(ж).

На основании закона Гесса рассчитайте D H ⁰ реакции окисления этанола до уксусной кислоты. (Ответ: –493 кДж)

65. В 100 г трески в среднем содержится 11,6 г белков и 0,3 г жиров. Рассчитайте (в кДж и ккал) энергию, которая выделится при усвоении порции трески массой 228 г. Калорийность белков 17,1 кДж/г, а жиров – 38,8 кДж/г. (Ответ: 478,8 кДж; 114,5 ккал)

66. Определите тепловой эффект Q реакции синтеза диэтилового эфира, применяемого в медицине для наркоза, при 298К:

2C₂H₅OH_(ж) = C₂H₅OC₂H_{5 (ж)} + H₂O_(ж),

если известны стандартные энтальпии сгорания веществ, участвующих в реакции:

D H ⁰_{сгорания} (C₂H₅OC₂H_{5 (ж)})= -2727 кДж/моль,

D H ⁰_{сгорания} (C₂H₅OH_(ж))= -1371 кДж/моль,

D H ⁰_{сгорания} (H₂O_(ж))=0 кДж/моль.

(Ответ: +15 кДж/моль)

67. Теплота растворения CuSO₄ составляет +66,1 кДж/моль, а теплота гидратации

CuSO_4(к) +5H₂O_(ж) = CuSO₄×5H₂O_(к)

равна +78,8 кДж/моль. Вычислите теплоту растворения CuSO₄×5H₂O. (Ответ: -11,7 кДж/моль)

68. Рассчитайте энтальпию D H ⁰ гидратации карбоната натрия, если известно, что энтальпия растворения безводной соли Na₂CO_3(к) равна

–27,33 кДж/моль, а энтальпия растворения кристаллогидрата Na₂CO₃×10H₂O составляет + 66,94 кДж/моль.

(Ответ: –101,33 кДж/моль)

69. Каков характер изменения энтропии (увеличение или уменьшение) при: а) синтезе воды из простых веществ; б) разложении воды на простые вещества? Запишите термохимические уравнения указанных реакций. Ответ подтвердите расчетом, выполненным с использованием данных табл. 4.

(Ответ: 2095 Дж/моль∙К)

70. Уменьшится или увеличится энтропия D S⁰ при переходах: а) воды в пар, б) воды в лед, в) графита в алмаз? Почему? Вычислите D S⁰ для каждого превращения, используя данные табл. 4.

(Ответ: а) 118,6, б) – 30,77, в) – 3,37 Дж/моль∙К)

71. Вычислите изменение энтропии при испарении 250 г воды при 25 ⁰С, если стандартная энтальпия испарения 1 моль воды равна 41 кДж. (Ответ: 1911 Дж/К)

72. Глицерин - один из продуктов метаболизма превращается в организме окончательно в CO_2(г) и H₂O_(ж). Вычислите D G ⁰ реакции окисления глицерина, используя данные табл. 4. Поясните полученный результат. (Ответ: –1655,05 кДж/моль)

73. Рассчитайте, используя данные табл. 4, изменение энергии Гиббса D G ⁰ для реакции:

4P _(т) + 5CO_{2 (г)} = P₄O_{10 (т)} + 5C _(т).

Можно ли потушить горящий фосфор углекислым газом? Ответ поясните. (Ответ: –725,6 кДж/моль)

74. Оксид азота (I) применяется в медицине в качестве наркотического средства. Нет ли угрозы, что N₂O_(г) будет окисляться кислородом воздуха до весьма токсичного оксида азота (II): N₂O _(г) + O_{2 (г)} = 4NO _(г)? Дайте ответ на основании вычисления энергии Гиббса D G ⁰ с использованием данных табл. 4.

(Ответ: 142,08 кДж/моль)

75. Вычислите изменение энергии Гиббса D G ⁰ для приведенных ниже реакций, используя данные табл. 4:

а) Fe₃O_{4 (к)} + 4CO _(г) = 3Fe _(т) + 4CO_{2 (г)};

б) C₂H_{4 (г)} + H₂O _(ж) = C₂H₅OH _(ж).

Могут ли они протекать самопроизвольно в стандартных условиях? Какое практическое значение имеют эти реакции?

(Ответ: а) –15 кДж/моль, б) –5,27 кДж/моль)

76. Вычислите изменение энергии Гиббса D G ⁰ для приведенных ниже реакций, используя данные табл. 4:

а) 2H₂O_{2 (ж)} = 2H₂O _(ж) + O_{2 (г)};

б) С_{(графит)} + 1/2O_2(г) = CO _(г);

в) CuO _(к) + H_{2 (г)} = Cu _(к) + H₂O _(г).

Могут ли они протекать самопроизвольно в стандартных условиях? Какое практическое значение имеют эти реакции?

(Ответ: а) –234,6; б) 137,1; в) –98,7 кДж/моль)

77. Будет ли алюминий взаимодействовать с водой, и нет ли опасности, что изделия из алюминия, широко применяемые в быту и медицинской технике, будут разрушаться под действием воды? Дайте ответ по результатам вычисления энергии Гиббса D G ⁰ прямой реакции с использованием данных табл. 4:

2Al _(т) +6H₂O _(ж) = 3H_{2 (г)} + 2Al(OH)_{3 (аморф.)}

(Ответ: –862,62 кДж/моль)

78. Какие из карбонатов: а) BeCO₃, б) CaCO₃ или в) BaCO₃ можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с CO₂? Какая реакция будет идти наиболее энергично? Сделайте вывод на основании результатов вычисления D G ⁰ реакций с использованием данных табл. 4.

(Ответ: а) 19,64; б) –131,0; в) –168,43 кДж/моль)

79. Реакция горения ацетилена протекает по уравнению:

C₂H_{2 (г)} + 5/2O_{2 (г)} = 2CO_{2 (г)} + H₂O _(ж).

Вычислите D G ⁰ и D S ⁰ реакции и объясните уменьшение энтропии в результате ее протекания.

(Ответ: –631,63 кДж/моль; –204,57 Дж/моль×К)

80. Используя данные табл. 4, рассчитайте энергию Гиббса D G ⁰ реакций:

а) NH_3(г) + 3/2Cl_2(г) = 1/2N_2(г) + 3HCl_(г);

б) NH_3(г) + 3/4O_2(г) = 1/2N_2(г) + 3/2H₂O_(ж).

Сравните окислительные свойства хлора и кислорода по отношению к аммиаку. (Ответ: а) –78,82; б) –339,37кДж/моль)

Раздел 5

Дата добавления: 2014-11-07