Вычисление теплового эффекта реакции при постоянном давлении. Два следствия из закона Гесса

Задачи

1. Вычислите стандартную энтальпию перехода графита в алмаз, если при образовании углекислого газа CO₂ из графита выделяется 393,5 кДж/моль, а при образовании CO₂ из алмаза выделяется 395,4 кДж/моль.

2. Исходя из стандартной энтальпии образования H₂O(ж) и стандартной энтальпии реакции

H₂O₂(ж)=H₂O(ж)+½O₂(г) D H° ₂₉₈ = -98,3 кДж/моль,

вычислите стандартную энтальпию образования H₂O₂(ж).

3. Используя следующие термохимические уравнения,

KClO₃(к)=KCl(к)+3/2O₂(г) D H º₂₉₈= -49,4 кДж/моль

KClO₄(к)=KCl(к)+2O₂(г) D H º₂₉₈= 33 кДж/моль,

вычислите D H º₂₉₈ реакции

4KClO₃(к)= 3KClO₄(к) + KCl(к)

4. Исходя из стандартных энтальпий реакций окисления As₂O₃ кислородом и озоном

As₂O₃(к)+O₂(г)= As₂O₅(к) D H° ₂₉₈ = - 271 кДж/моль;

As₂O₃(к)+2/3O₃(г)= As₂O₅(к) D H° ₂₉₈ = - 365 кДж/моль,

вычислите стандартную энтальпию образования озона.

5. На основании приведенных ниже данных вычислить стандартную энтальпию образования ZnSO₄(к):

ZnS(к) = Zn(к) + S(ромб) D H°₁ = 183,9 кДж/моль

2ZnS(к) + 3O₂(г) = 2ZnO(к) + 2SO₂(г) D H°₂ = -927,5 кДж/моль

2SO₂(г) + O₂(г) = 2SO₃(г) D H°₃ = -196,0 кДж/моль

ZnSO₄(к) = ZnO(к) + SO₃(г) D H°₄ = 230,3 кДж/моль

6. Вычислить изменение энтальпиив ходе реакции

CH₄(г) + Cl₂(г) = CH₃Cl(г) + HCl(г)

зная изменение энтальпии D H° в ходе следующих реакций:

CH₄(г) + 2O₂(г) = CO₂(г) + 2H₂O(ж) D H°₁ = -889,5 кДж /моль

CH₃Cl(г) + 3/2O₂(г) = CO₂(г) + H₂O(ж) + HCl(г) D H°₂ = -685,5 кДж /моль

H₂(г) + ½O₂(г) = H₂O(ж) D H°₃ = -285,6 кДж /моль

½H₂(г) + ½Cl₂(г) = HCl(г) D H°₄ = -92,2 кДж /моль

7. Используя приведенные ниже данные

2C(графит) + H₂(г) = C₂H₂(г) D H °₁ = +226,8 кДж/моль;

C(графит) + O₂(г) = CO₂(г) D H°₂ = -393,5 кДж /моль;

H₂(г) + ½O₂(г) = H₂O(ж) D H°₃ = -285,6 кДж /моль;

CH₃CHO(ж) + 2,5O₂(г)=2CO₂(г)+2H₂O(ж) D H°₄ = -1167 кДж /моль,

вычислить D H ° для процесса

C₂H₂(г)+H₂O(ж)=CH₃CHO(ж)

8. Найти на основании следующих данных стандартные энтальпии образования и сгорания этилена (C₂H₄(г)).

C₂H₄(г) + H₂(г) = C₂H₆(г) D H°₁ = -136,8 кДж /моль

C₂H₆ (г)+ 7/2O₂(г) =2CO₂(г) +3H₂O(ж) D H°₂ = -1570,9 кДж /моль

C(графит) + O₂(г) = CO₂(г) D H°₃ = -393,1 кДж /моль

H₂(г) + ½O₂(г) = H₂O(ж) D H°₄ = -285,6 кДж /моль

9. Определить стандартную энтальпию образования As₂O₃ на основании следующих термохимических уравнений:

As₂O₃(к) + 3H₂O(ж) (+¥H₂O(ж)) = 2H₃AsO₃(р-р) D H °₁= 31,61 кДж/моль

As(серый) + 3/2Cl₂(г)=AsCl₃(г) D H °₂= -298,90 кДж/моль

AsCl₃(г)+3H₂O(ж)(+¥H₂O(ж))=H₃AsO₃(р-р)+3HCl(р-р)D H °₃= -73,60кДж/моль

½H₂(г) + ½Cl₂(г) = HCl(г) D H °₄= -92,37 кДж/моль

HCl(г)(+¥H₂O(ж)) =HCl(р-р) D H °₅= -72,49 кДж/моль

H₂(г) + ½O₂(г) = H₂O(ж) D H °₆= -285,6 кДж/моль

10. Вычислите стандартную энтальпию образования водного раствора азотистой кислоты, воспользовавшись стандартными энтальпиями представленных реакций:

NH₄NO₂(р-р)=N₂(г)+2H₂O(ж) D H°₁ = -320,0кДж/моль;

NH₃(р-р)+HNO₂(р-р)= NH₄NO₂(р-р) D H°₂ = -37,7 кДж/моль;

NH₃(р-р)=1/2N₂(г)+3/2H₂(г) D H°₃ = +84,9 кДж/моль;

H₂(г) + ½O₂ (г)= H₂O(ж) D H°₄ = -285,6кДж/моль.

11. Вычислите стандартную энтальпию сгорания газообразного гидразина N₂H₄(г) на основании следующих термохимических уравнений:

2NH₃(г) + 3N₂O(г) = 4N₂(г) + 3H₂O(ж); D H°₁ = -1011,6 кДж/моль

N₂O(г) + 3H₂(г) = N₂H₄(г) + H₂O(ж); D H°₂ = -272,7 кДж/моль

2NH₃(г) + ½O₂(г) = N₂H₄(г) + H₂O(ж); D H°₃ = -98,3 кДж/моль

H₂(г) + ½O₂(г) = H₂O(ж); D H°₄ = -285,6 кДж/моль

12. Используя следующие термохимические уравнения

H₂(г) + ½O₂(г) = H₂O(ж) D H°₁ = -286 кДж/моль

Na(к)+H₂O(ж)(+¥H₂O(ж))=NaOH(р-р) + ½H₂(г) D H°₂ = -231 кДж/моль

Na₂O(к) + H₂O(ж) (+ ¥ H₂O(ж))= 2NaOH(р-р) D H°₃ = -282 кДж/моль

С(графит) + O₂(г) = CO₂(г) D H°₄ = -394 кДж/моль

Na₂O(к) + CO₂(г) = Na₂CO₃(к) D H°₅ = -320 кДж/моль,

вычислите стандартные энтальпии образования Na₂O(к), NaOH(р-р) и Na₂CO₃(к).

13. Вычислить стандартную энтальпию образования I₂O₅(к), применяя закон Гесса (все величины даны в кДж/моль):

I₂O₅(к) + H₂O(ж) (+ ¥ H₂O(ж))= 2HIO₃(р-р) D H°₁ = +3,6

KI(р-р) + 3HClO(р-р) = HIO₃(р-р) + 2HCl(р-р) + KCl(р-р) D H°₂ = -322,1

NaOH(р-р) + HClO(р-р) = NaOCl(р-р) + H₂O(ж) D H°₃ = -44,3

NaOH(р-р) + HCl(р-р) = NaCl(р-р) + H₂O(ж) D H°₄ = -55,8

2NaOH(р-р) + Cl₂(г) = NaOCl(р-р) + NaCl(р-р) + H₂O(ж) D H°₅ = -99,7

2KI(р-р) + Cl₂(г) = 2KCl(р-р) + I₂(к) D H°₆ = -222,8

H₂(г) + ½O₂ (г)= H₂O(ж) D H°₇ = -285,6

½H₂(г) + ½Cl₂(г) = HCl(г) D H°₈ = -92,2

HCl(г) (+ ¥ H₂O(ж)) = HCl(р-р) D H°₉ = -75,1

Первым следствием из закона Гесса мы будем называть тот замечательный факт, что стандартная энтальпия химической реакции равна сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных продуктов:

Для реакции вида

аА+вВ=сС+dD D H°₂₉₈

стандартная энтальпия реакции равна

.

Здесь следует запомнить, что при работе со стандартной энтальпией образования, из продуктов вычитаются реагенты. Тем, кто не любит запоминать бессмысленные формулы, могу порекомендовать ее запомнить, глядя на схему:

Стандартная энтальпия непосредственной реакции, согласно закону Гесса, равна сумме энтальпий разложения реагентов на простые вещества и формирование из них продуктов реакции. Энтальпия разложения реагентов на простые вещества равна энтальпии образования реагентов с обратным знаком.

Первое следствие из закона Гесса удобно в применении тем, что зная стандартные энтальпии образования веществ (сравнительно небольшое число величин, которые приводят в справочных таблицах) можно вычислить тепловой эффект любой, в том числе и неосуществимой реакции. Стандартная энтальпия образования стала такой же необходимой характеристикой вещества, как его температура плавления или растворимость.

Пример 3

Воспользуемся следствием из закона Гесса, чтобы рассчитать тепловой эффект реакции:

2KClO₃(к)=2KCl(к)+3O₂(г) D H°₂₉₈

D H°₂₉₈ = 2×D H°_f,298 (KCl)+3×D H°_f,298 (O₂)-2×D H°_f,298 (KClO₃) =

= 2×(-435,9)+3×0-2×(-391,2)= - 89,4 кДж

Иногда в старых справочниках, вместо стандартной энтальпии образования вещества можно встретить стандартную энтальпию его сгорания. Особенно часто стандартную энтальпию сгорания указывают для органических веществ. Действительно, как бы сложно ни была устроена органическая молекула – продукты ее сгорания в избытке кислорода всегда одни и те же: углекислый газ и вода (азот и сернистый газ).

Внимание! Вода в продуктах сгорания берется в жидком состоянии!

На этом свойстве можно составить цикл Гесса:

Возьмем самую вычурную органическую реакцию и сожжем реагенты и продукты в избытке кислорода. Продукты сгорания с обеих сторон уравнения будут одинаковы по составу и количеству, а значит тепловой эффект реакции будет равен сумме тепловых эффектов сжигания реагентов и «собирания» продуктов из оксидов, то есть сжигания продуктов с обратным знаком:

Для реакции вида

аА+вВ=сС+dD D H°₂₉₈

стандартная энтальпия реакции равна

.

Мы будем называть этот прием вторым следствием из закона Гесса. Следует запомнить, что при расчете энтальпии реакции через стандартные энтальпии сгорания, из реагентов вычитаются продукты.

Обратите внимание, что первое и второе следствия из закона Гесса отличаются знаками, с которыми берутся продукты и реагенты!

Пример 4

Определить стандартную энтальпию реакции при стандартных условиях:

В справочнике находим стандартные энтальпии сгорания всех реагирующих веществ до высших оксидов.

Стандартные энтальпии сгорания воды и углекислого газа, а так же, собственно, кислорода равны нулю, так как эти вещества уже являются высшими оксидами.

= -1192,9-(-1192,4)-0 = -0,5 кДж/моль

В современных справочниках принято приводить стандартную энтальпию образования, а не сгорания, даже для органических веществ. Но почему не указывают обе величины? Для характеристики вещества достаточно только одной, вторая может быть рассчитана из первой с использованием стандартной энтальпии образования углекислого газа и воды.

Стандартные энтальпии сгорания графита и водорода равны стандартным энтальпиям образования углекислого газа и воды соответственно.

Пример 5

Вычислить стандартную энтальпию образования ацетальдегида, зная его стандартную энтальпию сгорания.

Рассмотрим реакцию образования ацетальдегида из простых веществ и применим второе следствие из закона Гесса:

Пример 6

Вычислить стандартную энтальпию сгорания ацетальдегида, зная его стандартную энтальпию образования.

Рассмотрим реакцию сгорания ацетальдегида и применим первое следствие из закона Гесса:

Дата добавления: 2015-05-09