Образец решения некоторых задач

1. Следствие из закона Гесса:

Любая реакция:

исходные вещества → продукты.

Пример. Какой реакции соответствует расчетная формула, выведенная из закона Гесса и его следствий:

С и D – продукты; А и В – исходные вещества; α – коэффициент перед В.

Это соответствует реакции A+αB→C+D

2. – энтальпия, Q – теплота

, если Q<0, то теплота поглощается

Если Q>0, то теплота выделяется

Пример 1. Чему равно изменение энтальпии в ходе реакции:

Если при сгорании 12,8 г. спирта выделяется 290,8кДж теплоты?

1) Рассчитаем количество моль вещества:

2) По уравнению реакции составляем пропорцию:

Пример 2. Вычислите, какое количество теплоты выделится при взаимодействии бромоводорода с кислородом, если израсходовалось 58,24 л бромоводорода?

1) Записываем уравнение реакции:

4HBr _(г.) + O_2(г.) = 2H₂O_(г.) + 2Br_2(г.)

2) Пользуясь справочными данными вычисляем по следствию из закона Гесса (изменение энтальпии реакции равно разности между суммой энтальпий образования продуктов с учетом коэффициентов перед веществами и суммой энтальпий образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед веществами) ∆H_{реакции} :

∆H_{реакции} = [2 ∆H ° _обр.(H₂O_(г.)) + 2∆H ° _обр(Br_2(г.) )] --- [ 4∆H ° _обр(HBr _(г.) ) + ∆H ° _обр (О_2(г.))] =

[ 2(- 241,81) + 2(30,91)] --- [ 4(-36,38) + 0 ] =

(- 483,62 + 61,82) – (-145,52) = - 421,8 + 145,52 = - 276,28 кДж

3) Исходя из первого начала термодинамики:

Q_{реакции} = – ∆H_{реакции} = - (- 276,28 кДж) = 276,28 кДж

4) Рассчитаем количество моль вещества:

V 58,24

υ (HBr) = -------- = --------- = 2,6 моль

V_M 22,4

5) Записываем термохимическое уравнение и по уравнению реакции составляем пропорцию:

4HBr _(г.) + O_2(г.) = 2H₂O_(г.) + 2Br_2(г.) + 276,28 кДж

2,6 х 2,6 ∙ 276,28

------ = --------------; х =Q = ----------------- = 179,582 кДж

4 276,28 4

3. Энтропия (S) мера беспорядка, →

а) S_газов>S_{жидкостей(растворов)}>S_{твердых(кристаллов)}

Если в правой части уравнения число моль газов > чем в левой части, то

т.е. увеличивается, т.е. энтропия продуктов реакции больше энтропии исходных веществ.

Если в правой части уравнения число моль газов < чем в левой части, то ,

т.е. уменьшается, т.е. энтропия продуктов < энтропии исходных веществ.

Если в правой части уравнения число моль газов = числу в левой части, то ,

т.е. практически остается постоянной, т.е. энтропия продуктов ≈ энтропии исх. веществ.

Если газов в реакции нет, то аналогично считаем по числу моль растворов (жидкостей).

Пример 1. Не производя вычислений, установите знак ∆S_{реакций} .

1+2=3 моль газов 1 моль газов

Газов в правой части < чем в левой, → , уменьшается.

1+0=1 моль газов 0 моль газов

Газов в правой части < чем в левой, , уменьшается

0+0=0 газов и жидкостей 0+1=1 жидкостей

Жидкостей в правой > чем в левой, , увеличивается

6 моль газов 6 моль газов

6 жидкостей 1 жидкостей

В правой части жидкостей < чем в левой, , уменьшается

1+1=2 моль газов 2 моль газов

В правой = в левой, , практически не изменяется

2 моль газов 1+3=4 моль газов

в правой газов > чем в левой, , увеличивается

Пример 2. Расположите состояния воды (H₂O) в порядке увеличения (↑) энтропии.

Если увеличить (↑) температуру (T), то энтропия (S) возрастает (↑).

Если увеличить (↑) давление (Р), то энтропия(S) убывает (↓)

1) H₂O(ж) T=273K P=1 атм. S₁

2) H₂O(к) T=273K P=1 атм. S₂

3) H₂O(ж) T=373K P=1 атм. S₃

4) H₂O(г) T=373K P=1 атм. S₄

5) H₂O(г) T=400K P=1 атм. S₅

6) H₂O(г) T=400K P=0,5 атм. S₆

В порядке увеличения энтропии:

S₂<S₁<S₃<S₄<S₅<S₆,

т.к. S_газов>S_жид.>S_тверд. и если ↑Т, то S↑, если ↑P (давление), то S↓

4. Реакция протекает, если

Не протекает, если

– энергия Гиббса, свободная энергия, изобарно-изотермический потенциал

(максимально полезная работа)

Чем меньше , тем наиболее вероятно протекание реакции

Чем меньше , тем менее устойчивы исходные вещества и более устойчивы продукты

Чем меньше , тем исходные вещества в большей степени проявляют свои характерные свойства

Пример. Какие оксиды можно восстановить углем?

а)

б)

в)

г)

а и б – реакции не протекают, т.к. оксиды и нельзя восстановить углем.

в и г – реакции протекают, т.к. оксиды CuO и PbO можно восстановить углем.

Для а и б: наиболее устойчивы исходные вещества, менее устойчивы продукты.

Для в, г: наиболее устойчивы продукты, менее устойчивы исходные вещества

Для в, г – менее устойчив CuO, чем PbO, т.е. CuO проявляет большие окислительные свойства, чем PbO.

5. Энтальпия образования сложного вещества (, если в реакции получается 1 моль вещества (и никаких других) из простых веществ в устойчивых аллотропных и агрегатных состояниях, т.е. для тех простых веществ., для которых =0.

Пример. Определите, энтальпии какой реакции соответствует

1)

2)

3)

4)

5)

6)

6-ая реакция не подходит, т.к. кроме образуется еще и другое вещество

3-я реакция не подходит, т.к. получается 2 моль , а не 1 моль.

4 реакция не подходит, т.к. 1 моль получается не из простых веществ.

1 реакция не подходит, т.к. O₃ – простое вещество, но это неустойчивая аллотропная модификация

2 реакция не подходит, т.к. C_(алмаз) – простое вещество, но неустойчивая аллотропная модификация

5 реакция подходит, т.к. исходные вещества – простые вещества и взяты в устойчивых аллотропных модификациях, следовательно ₅

6.

если =0, то 0=

В системе равновесие в тот момент реакции, когда существуют и исходные вещества, и продукты.

Пример 1. Рассчитайте реакции:

Если

Нужно перейти к одинаковым единицам измерения.

Или

, т.к. T не указано, то берем стандартное условие, Т=298К.

Пример 2. При какой температуре становится возможной реакция восстановления TiO₂ углеродом, если

Реакция возможно либо выше, либо ниже T_равн., , если

т.е.

Т.к. ∆ H _{реакции} > 0 и ∆S_{реакции} > 0, то реакция протекает при высоких температурах,

т.е. при температурах выше Т _{равновесия} .

Восстановление TiO₂ возможно при температурах выше 1986,5 К.

Дата добавления: 2015-05-09