Енергетика хімічних процесів
(термохімічні розрахунки)
При розв'язуванні задач цього розділу див. таблицю 1.
Таблиця 1. Стандартні теплоти ΔН°298 утворення деяких речовин, кДж/моль
Сполука |
ΔН° 298 |
Сполука |
ΔН° 298 |
С2Н2(г) |
+ 226,75 |
CO (г) |
- 110,52 |
CS2 (г) |
+ 115,26 |
СН3ОН (г) |
- 201,17 |
NO (г) |
+ 90,37 |
С2Н5ОН (г) |
- 235,31 |
С6Н6 (г) |
+ 82,93 |
Н2О (г) |
- 241,83 |
С2Н4 (г) |
+ 52,28 |
Н2О (р) |
- 285,84 |
H2S (г) |
- 20,15 |
NH4Cl (к) |
- 315,39 |
NH3 (г) |
- 46,19 |
СO2 (г) |
- 393,51 |
СН4(г) |
- 74,85 |
Fe2О3 (к) |
- 822,10 |
С2Н6 (г) |
- 84,67 |
Са(ОН)2 (к) |
- 986,50 |
НСl (г) |
- 92,31 |
Аl2О3 (к) |
- 1669,80 |
Обчисліть, яка кількість теплоти виділиться при відновленні Fe2О3 алюмінієм, якщо було отримано 335,1 г заліза.
Відповідь: 2543,1 кДж.
Газоподібний етанол С2Н5ОН можна отримати при взаємодії етилену С2Н4 (г) і водяної пари. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, обчисліть її тепловий ефект.
Відповідь: - 45,76 кДж.
Обчисліть тепловий ефект реакції відновлення FeO воднем, виходячи із таких термохімічних рівнянь:
FeO (к) + CO (г) = Fe (к) + СО2 (г); ΔН°= - 13,18 кДж;
(2) CO (г) + ½О2 (г) = СО2(г); ΔН°= - 283,0 кДж;
(3) Н2 (г) + ½О2(г) = Н2О(г); ΔН°= - 241,83 кДж.
Відповідь: 27,99 кДж.
При взаємодії H2S (г) і карбон (ІV) оксиду утворюються пара води і сірковуглець CS2 (г). Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, обчисліть її тепловий ефект.
Відповідь: 65,43 кДж.
Напишіть термохімічне рівняння реакції, що відбувається між CO (г) і воднем з утворенням СН4 (г) і Н2О (г). Обчисліть скільки теплоти виділиться, якщо в реакції отримали 67,2 л метану (н.у.).
Відповідь: 618,48 кДж.
Тепловий ефект якої з реакцій дорівнює теплоті утворення NO(г)? Обчисліть теплоту утворення NО (г), виходячи з таких термохімічних рівнянь:
4 NH3 (г) + 5О2 (г) = 4NО (г) + 6Н2О (р); ΔН°298 = - 1168,80 кДж;
4 NH3 (г) + 3О2 (г) = 2N2 (г) + 6Н2О(р), ΔН°298 = - 1530,280 кДж.
Відповідь: 90,37 кДж.
Кристалічний амоній хлорид утворюється при взаємодії NН3(г) і НСl (г). Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, обчисліть її тепловий ефект. Скільки теплоти виділиться, якщо в реакції витрачено 10 л аміаку (н.у.) ?
Відповідь: 78,97 кДж.
Тепловий ефект якої реакції дорівнює теплоті утворення метану? Обчисліть теплоту утворення метану виходячи з таких термохімічних рівнянь:
Н2 (г) + ½O2(г) = Н2O (р); ΔН°= - 285,84 кДж;
С (к) + O2 (г) = СO2 (г); ΔН°= - 393,51 кДж;
СН4 (г) + 2O2 (г) = СO2 (г) + 2Н2O (р), ΔН°298 = - 890,31 кДж.
Відповідь: - 74,88 кДж.
Тепловий ефект якої реакції дорівнює теплоті утворення кальцій гідроксиду? Обчисліть теплоту утворення кальцій гідроксиду виходячи з таких термохімічних рівнянь:
Са (к) + ½ O2 (г) = СаО (к); ΔН°= - 635,60 кДж;
Н2 (г) + ½O2(г) = Н2O (р); ΔН°= - 285,84 кДж;
СаО (к) + Н2O(р) = Са(ОН)2(к); ΔН°= - 65,06 кДж.
Відповідь: - 986,50 кДж.
Тепловий ефект згоряння рідкого бензолу з утворенням пари води і СО2 дорівнює
- 3135,58 кДж/моль. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, обчисліть теплоту утворення С6Н6(р).
Відповідь: + 49,03 кДж.
Обчисліть, скільки теплоти виділиться яри згорянні 165 л (н.у.) ацетилену, якщо продуктами реакції є СО2 і пара води.
Відповідь: 9248,8 кДж,
При згорянні газоподібного аміаку утворюються Н2О(г) та NO(г), визначте, скільки теплоти виділиться в реакції, якщо було одержано 44,8 л (н.у.) NO.
Відповідь: 452,37 кДж.
Обчисліть тепловий ефект реакції горіння рідкого метанолу
СН3ОН (р) + 3/2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О (р), якщо відомо, що теплота пароутворення СН3ОН (р) дорівнює + 37,4 кДж.
Відповідь: - 726,62 кДж.
При згорянні 11,5 г рідкого етанолу виділилося 308,71 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції, якщо утворюються пара води та СО2. Обчисліть теплоту утворення С2Н5ОН (р).
Відповідь: - 277,67 кДж/моль.
Обчисліть тепловий ефект реакції горіння бензолу
С6Н6 (р) + 15/2О2(г) = 6СО2(г) + 3Н2О (г), якщо відомо, що теплота пароутворення С6Н6 (р) дорівнює + 33,9 кДж.
Відповідь: - 3135,58 кДж.
Обчисліть тепловий ефект і напишіть термохімічне рівняння реакції горіння 1 моля етану С2Н6(г), під час якої утворюється пара води та карбон (ІV) оксид. Скільки теплоти виділиться при згорянні 1 м3 етану (н.у.)?
Відповідь: 63742,86 кДж.
Виходячи з термохімічного рівняння
4 NH3 (г) + 3О2 (г) = 2N2 (г) + 6Н2О (р); ΔН0 = -1530,280 кДж, обчисліть теплоту
утворення аміаку.
Відповідь: - 46,19 кДж.
При взаємодії заліза масою 6,3 г з сіркою виділилося 11,31 кДж теплоти. Обчисліть теплоту утворення ферум (ІІ) сульфіду.
Відповідь: - 100,26 кДж/моль.
При згорянні 1 л ацетилену (н.у.) виділилося 56,053 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції, якщо утворюються пара води та СО2. Обчисліть теплоту утворення С2Н2 (г).
Відповідь: 226,75 кДж/моль.
При одержанні еквівалентної маси кальцій гідроксиду із СаО (к) і Н2О (р) виділилося 32,53 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції. Обчисліть теплоту утворення кальцій оксиду.
Відповідь: - 635,6 кДж/моль.
НАПРЯМОК ПЕРЕБІГУ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ
При розв'язуванні задач цього розділу див. таблиці 2, 3.
Таблиця 2. Стандартні енергії Гіббса Δ G0298 утворення деяких речовин, кДж/моль
Сполука |
Δ G0298,утв. |
Сполука |
Δ G0298,утв. |
С2Н2(г) |
+ 209,2 |
CO (г) |
- 137,27 |
NO2 (г) |
+ 51,84 |
FeO (к) |
- 244,3 |
NO (г) |
+ + 86,69 |
Р РbO2(к) |
- 219 |
ВаСО3 (к) |
- 1138,8 |
Н2O(г) |
- 228,59 |
СаСО3 (к) |
- 1128,75 |
Н2O(р) |
- 237,19 |
ВеСО3(к) |
- 944,75 |
СO2(г) |
- 394,38 |
ВеО (к) |
- 581,61 |
Fe3O4 (к) |
- 1014,2 |
ВаО (к) |
- 528,4 |
СаО (к) |
- 604,2 |
NaCl (к) |
- 384,03 |
ZnO (к) |
- 318,2 |
) СН4 (г) |
- 50,79 |
NаF |
- 543,3 |
Та
Та Таблиця 3. Стандартні ентропії S0298 деяких речовин, Дж/(моль·К) |
|||
Сполука |
S0298,утв. |
Сполука |
S0298,утв. |
С2Н2(г) |
200,82 |
CO (г) |
197,91 |
S (ромб.) |
31,90 |
СН3ОН(р) |
126,8 |
NO (г) |
210,2 |
НСl(г) |
186,68 |
O2(г) |
205,03 |
Н2O(г) |
188,72 |
С2Н4(г) |
219,45 |
Н2O(р) |
69,94 |
H2S(г) |
205,64 |
NH4Cl(к) |
94,5 |
NH3(г) |
192,5 |
СO2(г) |
213,65 |
СН4(г) |
186,19 |
Fе2О3 (к) |
89,96 |
Сl2 (г) |
222,95 |
Fe3O4 (к) |
146,40 |
Н2(г) |
130,59 |
Fe Fе O (к) |
54,00 |
С (алмаз) |
2,44 |
С (графіт) |
5,69 |
Fe (к) |
27,2 |
Ті(к) |
30,70 |
N2 (г) |
191,49 |
ТіО2(к) |
50,3 |
NО2 (г) |
240,46 (г) S |
РСl3(г)
|
311,63 |
|
|
РСl5 (г) |
352,71 |
Обчисліть ΔG°298 для таких реакцій:
а) 2 NaF (к) + Сl2 (г) = 2 NaCl (к) + F2(г);
б) РbO2 (к) + 2Zn (к) = Рb (к) + 2ZnO (к).
Вкажіть чи можливо одержати фтор за реакцією а та відновити РbO2 цинком за
реакцією б.
При якій температурі настане рівновага в системі
4НСl(г) + O2(г) = 2Н2О(г) + 2Сl2(г); ΔН = - 114,42 кДж? Хлор чи кисень за стандартних умов буде більш сильним окисником в цій системі?
Відповідь: 891К.
Відновлення Fe3О4 карбон (ІІ) оксидом відбувається за рівнянням:
Fe3О4 (к) + CO (г) = 3FeO (к) + СО2 (г). Обчисліть ΔG°298 та ΔS0298 для реакції та зробіть висновок щодо можливості самовільного перебігу цієї реакції за стандартних умов.
Відповідь: + 24,19 кДж; 31,34 Дж/(моль·К).
Реакція горіння ацетилену відбувається за рівнянням:
С2Н2(г) + 5/2О2(г) = 2СО2(г) + Н2О(р). Обчисліть ΔS°298 та ΔG°298, поясніть зменшення ентропії внаслідок проходження цієї реакції.
Відповідь: - 1235,15 кДж; - 216,15 Дж/(моль·К).
Вкажіть як змінюється ентропія при перетвореннях: а) води в пару; б) графіту в алмаз. Чому? Обчисліть ΔS°298 для кожного переходу і зробіть висновок про кількісні зміни ентропії при фазових та алотропічних перетвореннях.
Відповідь: а) 118,78 Дж/(моль·К); б) - 3,25 Дж/(моль·К).
Чим можна пояснити, що в стандартних умовах неможлива екзотермічна реакція Н2(г) + СO2(г) = СО(г) + Н2O(р); ΔН = - 2,85 кДж? Обчисліть ΔG°298 цієї реакції виходячи із теплового ефекту та стандартних ентропій відповідних речовин. Відповідь: + 19,91 кДж
Визначте, пряма чи зворотня реакції відбуваються в системі
2NO(г) + О2(г) = 2NО2(г). Обчисліть ΔG°298 прямої реакції.
Відповідь: - 69,70 кДж.
Виходячи із значень стандартних теплот утворення та стандартних ентропій відповідних речовин, обчисліть ΔG°298 реакції NН3(г) + НСl(г) = NH4Cl(к). Чи можливий перебіг цієї реакції за стандартних умов?
Відповідь: - 92,08 кДж.
Визначте температуру за якої настане рівновага в системі
СО(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(р); ΔН = - 128,05 кДж, якщо відомо, що молярна теплота пароутворення СН3ОН(р) дорівнює + 37,4 кДж.
Відповідь: ~ 385,5 К.
Визначте температуру за якої настане рівновага в системі
СО2(г) + СН4(г) = 2СО(г) + 2Н2(г); ΔН = 247,37 кДж.
Відповідь: ~ 961,9 К.
Визначте температуру за якої почнеться реакція в системі
СО(г) + Fe3О4(к) = 3FeO(к) + СО2(г); ΔН = 34,55 кДж.
Відповідь: ~ 1102,4 К.
Згідно зі стандартними теплотами утворення та абсолютними стандартними ентропіями відповідних речовин обчисліть ΔG°298 реакції
4NH3 (г) + 5О2 (г) = 4NO (г) + 6Н2О (г). Чи можлива ця реакція за стандартних умов?
Відповідь: - 957,77 кДж.
Згідно зі стандартними теплотами утворення та абсолютними стандартними ентропіями відповідних речовин обчисліть ΔG°298 реакції
СО2 (г) + 4Н2 (г) = СН4 (г) + 2Н2О (р). Чи можлива ця реакція за стандартних умов? Відповідь: - 130,86 кДж.
Обчисліть ΔН°298, ΔS°298 та ΔG°500 і ΔG°2000 реакції
Fe2О3 (к) + 3Н2(г)= 2Fe(к) + 3Н2О (г). Чи можлива ця реакція за стандартних умов? Відповідь: 96,61 кДж; 138,83 Дж/К; 27,11 кДж; - 181,39 кДж.
Вкажіть який з карбонатів – ВеСО3 чи ВаСО3 - можна одержати за реакцією взаємодії відповідних оксидів з СО2. Обчисліть ΔG°298 відповідних реакцій. Відповідь: 31,24 кДж; - 216,02 кДж.
Згідно зі стандартними теплотами утворення та абсолютними стандартними ентропіями відповідних речовин обчисліть ΔG°298 реакції
СО(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(р), теплота пароутворення СН3ОН(р) дорівнює + 37,4 кДж. Чи можлива ця реакція за стандартних умов?
Відповідь: - 29,114 кДж.
ТіО2 (к) + 2С(к) = Ті(к) + 2СО (г). Чи можлива ця реакція за стандартних умов? ΔН°(ТіО2) = - 943,9 кДж/моль.
Відповідь: 722,86 кДж; 364,84 Дж/К; 358,02 кДж; - 372,14 кДж.
Згідно зі стандартними теплотами утворення та абсолютними стандартними ентропіями відповідних речовин обчисліть ΔG°298 реакції
С2Н4 (г) + 3О2 (г) = 2СО2 (г) + 2Н2О (р). Чи можлива ця реакція за стандартних умов?
Відповідь: - 1333,09 кДж.
Визначте температуру за якої почнеться дисоціація пентахлориду фосфору, що відбувається за рівнянням РСl5(г) = РСl3 (г) + Сl2(г); ΔН0 = 92,59 кДж.
Відповідь: 509 К.
Обчисліть зміну ентропії для реакцій, які відбуваються за рівняннями:
2СН4(г) = С2Н2(г) + 3Н2(г);
N2 (г) + 3Н2 (г) = 2NH3 (г);
С(графіт) + О2(г) = СО2(г).
Чому в реакціях ΔS°298 > О; < О; ~ О?
Відповідь: 220,21 Дж/К; - 198,26 Дж/К; 2,93 Дж/К.