Примеры решения типовых задач. Задача 1 Рассчитайте стандартную энтальпию реакции

Задача 1 Рассчитайте стандартную энтальпию реакции

2SO_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2SO_{3 (г)};

Укажите, будет ли данная реакция экзо- или эндотермической.

Решение.

2SO_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2SO_{3 (г)};

DH⁰_f,кДж/моль -297 0 -396

n,моль 2 1 2

DH⁰ = Sn_прод.×DH⁰ _прод. - Sn_исх.×DH⁰ _исх. = 2(-396) – [2(-297) + 1(0)] = -198 кДж.

Ответ Стандартная энтальпия реакции равна -198 кДж. Реакция экзотермическая, так как DH⁰ < 0.

Задача 2 По термохимическому уравнению

4FeO_(т) + O_{2 (г)} = 2Fe₂O_{3 (т)}; DH⁰ = -584 кДж

Рассчитайте стандартную энтальпию образования продукта.

Решение.

4FeO_(т) + O_{2 (г)} = 2Fe₂O_{3 (т)}; DH⁰ = -584 кДж

DH⁰_f,кДж/моль -266 0 DH⁰_{f (х)}

n,моль 4 1 2

DH⁰ = Sn_прод.×DH⁰ _прод. - Sn_исх.×DH⁰ _исх. = 2×DH⁰_{f (х)} – [4(-266) + 1(0)] = -584 кДж.

DH⁰_f (Fe₂O₃) = DH⁰_{f (х)} =-824 кДж/моль.

Ответ Стандартная энтальпия образования оксида железа (III) равна

-824 кДж/моль.

Задача 3 Рассчитайте значение стандартной энтальпии реакции образования оксида железа (III) из простых веществ по следующим термохимическим уравнениям:

(1) 2Fe_(т) + O_{2 (г)} = 2FeO _(т); DH⁰ ₍₁₎ = -532 кДж

(2) 4FeO_(т) + O_{2 (г)} = 2Fe₂O_{3 (т)}; DH⁰ ₍₂₎ = -584 кДж

Решение.

(1) 2Fe_(т) + O_{2 (г)} = 2FeO _(т); DH⁰ ₍₁₎ = -532 кДж

(2) 4FeO_(т) + O_{2 (г)} = 2Fe₂O_{3 (т)}; DH⁰ ₍₂₎ = -584 кДж

Умножим на 2 каждый член 1-го уравнения, включая и тепловой эффект первой реакции, и сложим со вторым уравнением.

4Fe_(т) + 3O_{2 (г)} = 2Fe₂O_{3 (т)} ; DH⁰ = 2DH⁰ ₍₁₎ +₎ DH⁰ ₍₂₎ =

= 2(-532) + (-584) = -1648т кДж.

Ответ Стандартная энтальпия реакции образования оксида железа (III) из простых веществ равна -1648 кДж.

Задача 4. Вычислить энергию связи HF, если стандартная энтальпия реакции H₂ + F₂ = 2HF равна -536 кДж, Е_Н-Н =436 кДж/моль; Е_F-F = 159 кДж/моль.

DH⁰ = Sn_исх.×Е _{связи исх.} - Sn_прод.×Е _{связи прод.;}

DH⁰ = (1 Е_Н-Н + 1 Е_F-F) – 2Е_H-F.

-536 = (436 + 159) – 2Е_H-F.

Е_H-F = 565,5 кДж/моль

Ответ Энергия связи HF равна 565,5 кДж/моль.

Задача 5. Как изменится скорость реакции 2NO_(г.) + О_2(г.) = 2NO_2(г.), если уменьшить объем реакционного сосуда в 3 раза?

Решение. До изменения объема скорость реакции выражалась уравнением: . Вследствие уменьшения объема концентрация каждого из реагирующих веществ возрастет в три раза. Следовательно, скорость реакции изменится и будет определена как:

= . Сравнивая выражения для V и V^’, находим, что скорость реакции возрастет в 27 раз.

Задача 6. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 75 ⁰С?.

Решение. ПосколькуDt =55 ⁰C, то обозначив скорость реакции при 20 и 75⁰ С соответственно через V и V^’, можем записать:

Скорость реакции увеличится в 287 раз.

Задача 7. В системе А_(г.) + 2В_(г.) «С_(г.) равновесные концентрации равны: [A] = 0,6 моль/л; [B] = 1,2 моль/л; [C] = 2,16 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ А и В.

Решение. При решении задач с использованием равновесных концентраций желательно составить таблицу, в которую заносятся концентрации участвующих в реакции веществ:

Конц-ции, С_М (моль/л) А + 2В ⇄ С

Исходные х у -

В реакции 2,16 4,32 2,16

Равновесные 0,6 1,2 2,16

Константа равновесия данной реакции выражается уравнением . Подставляя в него данные из третьей строки таблицы, получаем: .

Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что, согласно уравнению реакции, из 1 моля А и 2 молей В образуется 1 моль С. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 2,16 моля вещества С, то при этом было израсходовано 2,16 моля А и 2,16×2 = 4,32 моля В. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:

С_исх.(А) = х = 0,6 + 2,16 = 2,76 (моль/л)

С_исх.(В) = у = 1,2 + 4,32 = 5,52 (моль/л).

Задача 8. При некоторой температуре константа диссоциации иодоводорода на простые вещества равна 6,25×10^-2. Какой процент HI диссоциирует при этой температуре?

Решение. Обозначим начальную концентрацию HI через С (моль/л)., а к моменту наступления равновесия пусть продиссоциировало из каждых С молей иодоводорода х молей. Заполняем таблицу:

С_М(моль/л) 2HI ⇄ H₂ + I_2.

Исходные С - -

В реакции х 0,5х 0,5х

Равновесные,[ ] (С – х) 0,5х 0,5х

Согласно уравнению реакции из х молей иодоводорода образовалось 0,5х моля Н₂ и 0,5х моля I₂. Таким образом, равновесные концентрации составляют: [HI] = (C - x) моль/л; [H₂] = [I₂] = 0,5х моль/л. Подставим эти значения в выражение константы равновесия реакции:

.

Извлекая из обеих частей уравнения квадратный корень, получим , откуда х = 0,333С. Таким образом, к моменту наступления равновесия диссоциировало 33,3% исходного количества иодоводорода.

Задача 9. Используя справочные данные, найти приближенное значение температуры, при которой константа равновесия реакции образования водяного газа С_(т.) + Н₂0_(г.) «СО_(г.) + Н_{2 (г.)} равна единице. Зависимостью DН⁰ и DS⁰ от температуры пренебречь.

Решение. Из уравнения D следует, что при К_Т = 1 стандартная энергия Гиббса химической реакции равна нулю. Тогда из соотношения вытекает, что при соответствующей температуре откуда . Согласно условию задачи, для расчета можно воспользоваться значениями (DH⁰_f –молярная энтальпия образования вещества в кДж/моль) и (DS⁰_f –молярная энтропия вещества в Дж/(моль×К) реакции, которые находим в таблице по термодинамическим свойствам неорганических веществ (справочные данные):

Вещество , ,

кДж/моль Дж/(моль×К)

С (графит) 0 5,7

СО (г.) -110,5 197,5

Н₂ (г.) 0 130,5

Н₂О (г.) -241,8 188,7

Определяем изменение энтальпии и энтропии реакции при стандартных условиях:

кДж;

Дж/К= 0,1336 кДж/К.

Отсюда: .

Дата добавления: 2014-10-17