Приклади розв’язання типових задач. Приклад 26. Користуючись даними про стандартні энтальпії утворення речовин у реакції 2Мg(к) + СО2 (г) = 2MgО(к) + С(графіт) обчислити

Приклад 26. Користуючись даними про стандартні энтальпії утворення речовин у реакції 2Мg_(к) + СО_{2 (г)} = 2MgО_(к) + С_{(графіт)} обчислити ΔΗ°_{298 (р-ції)}.

Рішення:

Виходячи з табличних значень энтальпій утворення СО₂ і MgO і з огляду на те, що стандартні энтальпії утворення простих речовин дорівнюють нулю, знаходимо величину стандартної энтальпії реакції застосовуючи наслідок із закону Гесса:

ΔΗ°_{298 (р-ції)} =2 ΔΗ°₂₉₈ (MgO) – ΔΗ°₂₉₈ (CO₂) = 2·(– 601,8) – (– 393,5) =

= – 810,1 кДж/моль.

Приклад 27. Виходячи з теплоти утворення газоподібного діоксиду вуглецю (– 393,5 кДж/моль) і термохімічного рівняння С_{(графіт)} + 2 N₂О_(г) = =2 N_2(г) + CО_2(г); ΔΗ°₂₉₈ = – 557,5 кДж. Обчислити теплоту утворення N₂О_(г).

Рішення:

Записуємо математичне вираження для хімічної реакції застосовуючи наслідок із закона Гесса

ΔΗ°_{298 (р-ції)} = (ΔΗ°₂₉₈ (CO₂) + 0) – (2· ΔΗ°₂₉₈ (N₂О) + 0),

звідки

2· ΔΗ°₂₉₈ (N₂О) = ΔΗ°₂₉₈ (CO₂) – ΔΗ°_{298 (р-ції)} = –393,5 – (–557,5) = 164 кДж.

отже, ΔΗ°₂₉₈ (N₂О) = 164 / 2 = 82 кДж/моль.

Приклад 28. Виходячи з теплот реакцій окиснення As₂O₃ киснем і озоном:

As₂O₃ + O₂ = As₂O₅; ΔΗ°_{298 (р-ції)1} = – 271 кДж;

3 As₂O₃ + 2 O₃ = 3 As₂O₅; ΔΗ°_{298 (р-ції)2} = – 1096 кДж.

Обчислити теплоту утворення озону з молекулярного кисню.

Рішення:

Теплоту утворення озону з молекулярного кисню обчислюють із урахуванням наступного рівняння хімічної реакції:

3 O₂ = 2 O₃.

На підставі закону Гесса з термохімічними рівняннями можна оперувати так само, як і з алгебраїчними. Для одержання потрібного результату треба рівняння взаємодії кисню (1) помножити на 3 і відняти рівняння озонування (2).

3 As₂O₃ + 3 O₂ – 3 As₂O₃ – 2 O₃ = 3 As₂O₅ – 3 As₂O₅;

3 O₂ – 2 O₃ = 0; або 3 O₂ = 2 O₃.

отже,

ΔΗ°_{298 (р-ції)} = 3· ΔΗ°_{298 (р-ції)1} – ΔΗ°_{298 (р-ції)2} = 3·(– 271) – (– 1096) = 283 кДж.

При утворені 1 моль озону з молекулярного кисню буде потрібно підвести

ΔΗ°_{298 (р-ції)} = 283/3 = 94,3 кДж.

Приклад 29. У якому стані ентропія 1 моль речовини більше: у кристалічному або в пароподібному при тій же температурі?

Рішення:

Ентропія є міра невпорядкованості стану речовини. У кристалі частки (атоми, іони) розташовані впорядковано й можуть перебувати лише в певних точках простору, а для газу таких обмежень немає. Об'єм 1 моль газу набагато більше, ніж об'єм 1 моль кристалічної речовини; можливість хаотичного руху молекул газу більше. А тому що ентропію можна розглядати як кількісну міру хаотичності атомно-молекулярної структури речовини, то ентропія 1 моль пари речовини більше ентропії його кристалів при однаковій температурі.

Приклад 30. Скільки тепла виділиться при спалюванні 38 г сірковуглецю, якщо його теплота утворення ΔΗ°₂₉₈ (СS₂) = 62,7 кДж/моль. Визначити теплотворну здатність сірковуглецю у кДж/кг та кДж/м³.

Рішення:

Записуємо рівняння спалювання сірковуглецю:

СS₂ + 3 O₂ = СO₂ + 2 SО₂

Обчислюємо ΔΗ°_{298 (р-ції)}, застосовуючи наслідок із закону Гесса:

ΔΗ°_{298 (р-ції)} = (ΔΗ°₂₉₈ (CO₂) + 2· ΔΗ°₂₉₈ (SО₂)) – (ΔΗ°₂₉₈ (СS₂) + 0)= – 393,5 +

+ 2·(– 296,9) – 62,7 = – 1050 кДж/моль,

Оскільки стандартні теплові ефекти відносять до утворення одного моль речовини, визначимо кількість СS₂, що спалюється

М (СS₂) = 12 + 2·32 = 76 г/моль.

моль;

Кількість тепла, що виділиться при спалюванні сірковуглецю, складе:

Q = – ν(СS₂) · ΔΗ°_{298 (р-ції)} = – 0,5 · (– 1050) = 525 кДж.

Теплотворна здатність сірковуглецю:

Q’ = – ΔΗ°_{298 (р-ції)}/(М (СS₂)·10^–3) = – 1050/(76·10^–3)= – 13,82·10³ кДж/кг;

Q’’ = – ΔΗ°_{298 (р-ції)}/(V_m ·10^–3) = – 1050/(22,4·10^–3)= – 46,88·10³ кДж/м³

Приклад 31. Скільки тепла (у кДж) виділиться при отриманні 40 г сульфур (IV) оксиду з простих речовин, якщо при згорянні 6,4 г сірки виділяється 59,3 кДж тепла.

Рішення:

Під час розв'язування всіх типів задач з використанням термодинамічних величин слід звертати увагу, в яких одиницях наведено табличні значення – кДж/моль; Дж/моль; ккал/моль; кал/моль і т.д За необхідності переведення цих величин з одних одиниць виміру в інші можна скористатись відношенням: 1 кал = 4,18Дж.

Реакція згоряння сірки відбувається за рівнянням:

S_(к) + О_{2 (г)} = SО_{2 (г)} + ΔQ

За допомогою цього рівняння знаходимо масу сірки, необхідну для отримання 40 г SО₂.

При згорянні 32 г сірки утворюється - 64 г SО₂;

х(г) сірки - 40 г SО₂, х(S) = 32∙4/64 = 20 г.

За масою сірки визначаємо кількість тепла, що виділиться при Ії згоранні.

При згорянні 6,4 г сірки виділяється - 59,3 кДж тепла;

20 г “ - “ - “ - “ - “ - ΔQ; звідки

ΔQ = 59,3∙20/6,4 = 185,3 кДж.

ΔН = – 185,3 кДж/моль.

Приклад 32. Виходячи зі значень стандартних теплот утворення й абсолютних стандартних энтропій відповідних речовин визначити ΔG°₂₉₈ реакції, що перебігає відповідно до рівняння:

NH_3(г) + НСl_(г) = NH₄Cl_(кр).

Чи можлива ця реакція при стандартних умовах?

Рішення:

Енергія Гіббса (ΔG°₂₉₈) є функцією стану й обчислюється зі співвідношення величини ΔН°₂₉₈ і Δ S °₂₉₈:

ΔΗ°_{298 (р-ції)} = ΔΗ°₂₉₈ (NH₄Cl) – (ΔΗ°₂₉₈ (НСl) + ΔΗ°₂₉₈ (NH₃)) = – 314,22 –

– (– 92,31 – 45,94) = – 175,97 кДж.

ΔS°_{298 (р-ції)} = S°₂₉₈ (NH₄Cl) – (S°₂₉₈ (НСl) + S°₂₉₈ (NH₃)) = 95,81 – (186,79 +

+ 192,66) = – 283,64 кДж/К.

ΔG°_{298 (р-ції)} = ΔΗ°_{298 (р-ції)} – Т· ΔS°₂₉₈ = – 175,97·10³ – 298·(–283,64) =

= – 91450 Дж.

Тому що ΔG°_{298 (р-ції)} < 0, то реакція довільно перебігає при стандартних умовах.

Дата добавления: 2014-11-07