Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Стандартные энтальпии образования веществ, стандартные энтропии и стандартные энергии Гиббса образования веществ

Основные уравнения химической термодинамики и химического равновесия

1. Q = DE + W -уравнение первого начала термодинамики

2. W = PDV

3. Qv = DEv -теплота изохорного процесса

4. Qp = DHp -теплота изобарного процесса

5. DHp = DE + PDV -уравнение первого начала термодинамики для изобарных процессов

6. DH = ånDH0 298 обр. прод. реак. - ånDH0 298 обр. исх. веществ - первое следствие закона Гесса

7. DH = ånDH0 298 сгор. исход. в. - ånDH0 298 сгор. прод. реакции - второе следствие закона Гесса

8. Q = W -уравнение первого начала термодинамики для биосистем

Q

9. DS = ¾¾ -энтропия как функция состояния системы

T

10. DS ³ 0 -уравнение второго начала термодинамики

11 S = ånS0 298 прод. р. - ånS0 298 исх. в. -расчет энтропии реакции

12. DG0 = DH0 - TDS0 -уравнения для расчета энергии Гиббса

13. DG0 = ånDG0 298 прод. р. - ånDG0 298 исх. в.(x)

14. DG0 = - 2,3RT lg Кс - уравнение изотермы химической реакции при стандартных условиях

15. - уравнение изотермы химической реакции

16. - константа химического равновесия, выраженная через равновесные концентрации вещества

17. - константа химического равновесия, выраженная через равновесные парциальные давления вещества

18. - уравнение изобары

19. - расчет теплового эффекта по значениям констант

Таблица 1

Вещество Стандартная энтальпия образования кДж/моль Стандартная энтропия Дж/моль×К Стандартная энергия Гиббса образования кДж/моль
Неорганические вещества
С (графит) +6  
СО (г) -110 +198 -137
СО2 (г) -393,5 +214 -394
Cl2 (г) +223
Cl2O (г) +76 +266 +94
FeСО3 (тв) -753 +96 -680
H2 (г) +131
HCl (г) -92 +187 -95
HI (г) +24 +206 -1
HNO2 (р-р) -119 +153 -56
HNO3 (ж) -174 +156 -81
H2O (ж) -286 +70 -237
H2O2 (ж) -187 +110 -120
H2S (г) -21 +206 -34
H2SO4 (ж) -814 +157 -690
KNO3 (тв) -495 +133 -395
KOH(р-р) -477 +92 -441
N2 (г) +192
NH3 (г) -46 +192 -16
H2O (г) +82 +220 +104
NO (г) +91 +211 +87
NO2 (г) +33 +240 +51
N2O3 (г) +11 +356 +115
Na2O2 (тв) -510 +95 -447
Na2S2O3 (тв) -1117 +225 -1043
O2 (г) +205
SO2 (г) -297 +248 -300
SO3 (г) -396 +257 -371
Органические вещества
Метан (г) -75 +186 -51
Этан (г) -85 +229 -33
Этилен (г) +52 +219 +68
Ацетилен (г) +227 +201 +209
Бензол (ж) +49 +173 +125
Циклогексан (ж) -156 +204 +27
Хлорметан (г) -86 +234 -63
Дихлорметан (г) -95 +270 -69
Трихлорметан (г) -101 +296 -69
Тетрахлорметан (г) -100 +310 -58
Метанол (ж) -239 +127 -166
Этанол (ж) -277 +161 -174
Диэтиловый эфир (ж) -279 +253 -123
Ацетальдегид (г) -166 +264 -133
Ацетон (ж) -247 +199 -154
Пируват-ион (р-р)   + -559
L-молочная кислота (р-р) -686 +222 -539
Сахароза (тв) -2222 +360 -1545
D-глюкоза (р-р) -1264 +269 -917
Нитробензол (ж) +16 +224 +146
Анилин (ж) +31 +191 +149
L-лейцин (р-р) -643 +208 -362
Глицин (р-р) -523 +159 -380
D,L-лейцилглицин (р-р)   + -464
Глицилглицин (р-р) -734 +231 -492

Стандартные энтальпии сгорания органических веществ, кДж/моль



 

Метан (г) -890 Этанол (ж) -1371
Ацетилен (г) -1300 Диэтиловый эфир (ж) -2727
Бензол (ж) -3268 Нитробензол (ж) -3091
Циклогексан (ж) -3920 Анилин (ж) -3396
Метанол (ж) -727 Глюкоза -2802

 

Удельная теплота полного окисления веществ в условиях организма, кДж/г.

Условный белок
Условный жир
Углеводы

Обучающие задачи:

Задача 1В организме человека реакция окисления этилового спирта протекает в две стадии. Первая - окисление этилового спирта до уксусного альдегида с участием фермента алкогольдегидрогеназы протекает по уравнению: С2H5OH + ½ O2 = CH3COH + H2O.

Рассчитайте DH0 реакции, используя первое следствие закона Гесса, если

0 обр.(C2H5OH) = - 278 кДж/моль;

0 обр.(CH3СOH) = - 166 кДж/моль;

0 обр.(H2O) = - 286 кДж/моль.

Решение: DH0 = å n DH0 обр.пр.р. - å n DН0 обр.исх.в.в; DH = (-166+ (-286)-(-278)) = - 174 кДж/моль

Ответ: тепловой эффект реакции DH = -174 кДж/моль, т.е. процесс экзотермический.

 

Задача 2.Теплота сгорания глюкозы равна -2810 кДж/моль, теплота сгорания этилового спирта равна -1366 кДж/моль. На основании этих данных вычислите тепловой эффект биохимического процесса брожения глюкозы:

С6Н12О6= 2С2Н5ОН + 2СО2

Решение: Тепловой эффект данной реакции можно рассчитать, применяя второе следствие из закона Гесса:

DН = ån DН0 сгор. исход. веществ - å n DH0 сгор. прод. реакции

DН = -2810 - 2 ∙(-1366) = - 78 кДж/моль

Ответ: тепловой эффект процесса брожения равен - 78 кДж/моль.

 

Задача 3.Рассчитайте стандартную энтропию реакции:

NH2 - CH2 - COOH + NH2 - CH2 - COOH → NH2 - CH2 - CO - NH - CH2 - COOH + H2O

глицин глицин глицилглицин

Если S0 (глицилглицина) = 231 Дж/моль×К;

S0 (глицина) = 159 Дж/ моль×К;

S0( H2O) = 70 Дж/моль×К;

Решение:

DS = S0298(гл-гл) +S0298(H2O)– 2 S0 298(глицина) = (231+70)-(159+159)= -17 Дж/моль×К

Ответ:DS0 298= - 17 Дж/моль×К, т.е. энтропия уменьшится.

Задача 4.Теплота сгорания углеводов, белков и жиров составляет 17, 17 и 39 кДж

соответственно. Среднесуточная потребность в белках, жирах и углеводах для студентов - мужчин составляет 113, 106 и 451г. Какова суточная потребность студентов - мужчин в энергии?

Решение: Рассчитываем сколько энергии выделяется при окислении углеводов, белков и жиров

DH = (451×17) + (113 × 17) + (106 × 39) = 13722 кДж.

Ответ: Суточная потребность в энергии равна 13722 кДж.

Задача 5. Почему процесс денатурации белка при 400С является самопроизвольным, если реакция эндотермическая и тепловой эффект составляет 2830 Дж/моль? Значение DS для данной реакции равно 288 Дж/моль∙К

Решение:Для определения направления процесса необходимо знать величину изменения энергии Гиббса, рассчитываемой по уравнению: DG0 = DH0 - TDS0. Расчет показывает, что DG < 0 ( DG0 = 2830 Дж/моль - (313К × 288 Дж/моль∙К) = - 87314 Дж/моль или - 87,3 кДж/моль).

Ответ: Поскольку DG < 0, то процесс денатурации белка при 400С протекает самопроизвольно, повышение температуры тела может представлять опасность для жизнедеятельности организма.

Задача 6. Вычислите энергию Гиббса, являющуюся критерием самопроизвольности процессов, для реакции гликолиза при стандартных условиях: С6H12О6 (р-р) ® 2С3H6О3 (р-р) (молочная кислота).

Решение:

Из таблицы термодинамических величин запишем стандартную энергию Гиббса для участников химического процесса: ∆G06H12О6) = -917 кДж/моль; ∆G03H6О3) = -539 кДж/моль. Используя 1 следствие из закона Гесса вычислим энергию Гиббса:

ΔG0 = 2×ΔG0 (C3H6O3) - ΔG0 (C6H12O6)

ΔG0 = 2(-539) – (-917) = -161 кДж/моль

Ответ:т.к. ΔG0 < 0, то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении.

Задача 7. Вычислить изменение энергии Гиббса при 250С по стандартным значениям энтальпий образования и абсолютных энтропий для данной реакции: СО + 2Н2 = СН3ОН

0обрСН3ОН = -293 кДж/моль S0(СН3ОН) = 127 Дж/моль×К

0обрСО = - 110 кДж/моль. S0(CO) = 198 Дж/моль×К

S0(H2) = 131 Дж/моль×К

Решение: DG0 = DH0 - TDS0

DH0 = ånDH0обр. пр. реак. - ånDН0обр. исх. веществ

0 = - 293 - (-110) = - 183 кДж/моль

DS0 = å n S0 прод. р - å n S0 исход. веществ

DS0 = 127 - (198 + 2(131) = - 333 Дж/моль×К

DG0 = - 183,5 кДж/моль - (298К × 0,333 кДж/моль×К) = - 83,8 кДж/моль

Ответ: DG0 = - 83,8 кДж/моль

Задача 8.Рассчитайте константу равновесия при 310 К для реакции АТФ + АМФ ↔ 2АДФ, если свободная энергия Гиббса реакции ΔG°=-2,10кДж/моль.

Решение:в состоянии равновесия DG0 = - 2,3RT lg Кс

 

 

 

lgKc= 0,354

Kc= 100,354=2,26

Ответ: Kc = 2,26

 

Задача 9.Константа равновесия реакции: PCl5(г) « PCl3(г) + Cl2(г) при 2500С равна 2. В каком направлении идет реакция при следующих концентрациях: С(PCl5) = C(PCl3) = 2 моль/л; С(Сl2) = 4 моль/л ?

Решение: Для определения направления протекания реакции воспользуемся уравнением изотермы

Рассчитаем Пс

 

 

 

 

Т.к. Пс > Кс, то DG > 0

Вывод: реакция самопроизвольно протекать в прямом направлении не может, т.к. DG>0.

Задача 10.Константа равновесия реакции 2SO2 (г) + O2(г) Û 2SO3(г) при температуре 6270С равна 2,3∙10-7, DН0 = 376,5 кДж/моль. Рассчитайте константу равновесия при 7270С.

Решение: воспользуемся уравнением изобары химической реакции:

 

T1 = 273 + 627 = 900 K

T2 = 273 + 727 = 1000K

 

 

 

 

Ответ: Константа равновесия при 7270С равна 3,56 × 10-5 .

Задача 11.Для реакции Н2О(г) + СO(г) ® CO2(г) + H2(г) константы химического равновесия равны: при 8000С Кр = 2,87, при 10000С Кр = 1,39. Вычислите тепловой эффект этой реакции.

 

Решение: Применив, уравнение изобары химической реакции, рассчитаем DН

 

 

 

Примем T1 = 800 + 273 = 1073 K

T2 = 1000 + 273 = 1273 K

Ответ:DН = -39,16 кДж/моль.

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1.На испарение 1 моля воды требуется 40 кДж. Сколько теплоты будет потеряно за день при выделении через кожу 720г воды?

Ответ:1600 кДж

Задача 2.Пероксид водорода (Н2О2) в виде раствора с массовой долей 3 %. используется в медицине для обработки ран. Докажите, что процесс разложения пероксида водорода в присутствии фермента каталазы является самопроизвольным, используя для расчёта значения стандартной энтропии образования исходных веществ и продуктов реакции:

S0 298 (H2O2) =110 Дж/моль×К; S0 2982О) = 70 Дж/моль×К; S0298(O2) = 205 Дж/моль×К.

Ответ: ΔS = 62,5 Дж/моль × К

Задача 3. При сжигании метана объемом 2 м3 выделяется 79600 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную теплоту сгорания метана.

Ответ: 891,52 кДж/моль

Задача 4. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса для процесса окисления глюкозы по следующим данным: DН0обр 6Н12О6) = - 1264,4 кДж/моль; DН0обр (СО2) = - 393 кДж/моль;

0обр 2О) = - 286 кДж/моль. Изменение энтропии всей реагирующей системы равно 0,259 кДж/моль×K

Ответ:DG = - 2886,8 кДж/моль.

Задача5.Вычислите стандартную энтальпию образования этанола, воспользовавшись необходимыми для этого стандартными энтальпиями сгорания.

Ответ:0обр. = -273 кДж/моль

Задача 6. Константа равновесия реакции N204(г) ↔ 2N02 (г) при 25°С равна 0,1. В каком направлении будет идти реакция при следующих концентрациях веществ:

а) С(N02) = С(N204) = 0,1 моль/л;

б) С(N02) = 0,01 моль/л; C(N204) = 0,02 моль/л?

Задача 7. Для реакции H2 + I2 ® 2HI при 4440С константа равновесия равна 50. Определите направление процесса, если исходная смесь имеет следующий состав: С(H2) = 2моль/л, С(HI) = 10моль/л.

Ответ:Состояние равновесия, т.к ∆G=0.

Задача 8 .Рассчитайте константу равновесия, если DG0 298 для данной реакции равно 4,478 кДж/моль.

Ответ: 6,1

Задача 9.Константа равновесия разложения лекарственного вещества в автоклаве при 413К равна 0,396∙105 Па, а при 443К - 1,286∙105 Па. Вычислить тепловой эффект реакции.

Ответ: 59,6 кДж/моль.

Задача 10. Используя значение ΔG° установите, существует ли угроза отравления больного при использовании в качестве наркотического средства оксида азота(I), Токсичный оксид азота (II) может образовываться по реакции: 2N2O + O2 = 4NO. Все вещества находятся в газообразном состоянии. Справочные данные см. в таблице.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
| Стандартные энтальпии образования веществ, стандартные энтропии и стандартные энергии Гиббса образования веществ

Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1680; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования!
Генерация страницы за: 0.118 сек.