Упражнения

1. 250 мл неизвестного газа, взятого при нормальных условиях, имеют массу 0,357 г. Определить молярную массу газа.

2. Определить молярную массу газа, если его плотность по воздуху равна 0,965.

3. Определить плотность хлора по водороду и кислороду, если масса 1 л его при н.у. 3,16 г, масса 1 л водорода 0.089 г и 1 л кислорода - 1,43 г.

4. 100 г газа при 47° С и давлении 405.2 кПа занимает объем 41 л. Найти молекулярную массу газа.

5. Найти эквивалент металла, если его оксид содержит 79,9% металла и 20,1% кислорода.

6. При соединении 4,5 г трехвалентного металла с серой образовалось 12,5 г сульфида этого металла. Определить эквивалентную массу и название металла.

7. Найти эквивалентные массы следующих веществ: HCl, H₂SO₄, KOH, Cu(OH)₂, FeCl₃, Al₂(SO₄)₃, Na₂O, P₂O₅.

8. Неизвестный газ имеет относительную плотность по воздуху 1,31. Определите массу образца этого газа объемом 168 л.

9. Замкнутый сосуд с оксидом серы (IV) содержит при нормальных условиях 2,1·10²² молекул. Определите вместимость сосуда и массу находящегося в нем газа.

10. Вычислите относительную плотность по водороду газовой смеси, состоящей из оксида углерода (II) объемом 56 л и оксида углерода (IV) объемом 28 л.

Модуль 2. Основные закономерности протекания химических реакций

2.1. Химическая термодинамика

Вопросы для подготовки к занятию

1. Превращения энергии при химических реакциях. Экзо- и эндотермические реакции.

2. Стандартатные термодинамические величины. Термохимические расчеты.

3. Термодинамические величины. Внутренняя энергия и энтальпия.

4. Энтропия и энергия Гиббса

5. Определение теплоты реакции нейтрализации

Термодинамический подход заключается в рассмотрении начального и конечного состояний взаимодействующих веществ, при этом не учитываются механизм и скорость процесса.

Для описания систем используют набор термодинамических функций, основными из которых являются Н – энтальпия, S – энтропия, G – энергия Гиббса. В справочных таблицах приводят стандартные: энтальпии образования веществ , кДж/моль, энтропии веществ , Дж/(мольК) (табл. П.1), энергии Гиббса образования веществ , кДж/моль. Стандартные условия:

Т = 298 К; Р = 1,01310⁵ Па; вещества –химически чистые.

Энтальпийный эффект химической реакции определяют по закону Гесса и

следствию из него. Следствие из закона Гесса: изменение энтальпии химической реакции равно разности сумм энтальпий образования продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

= (n) –  (m),

где n, m – стехиометрические коэффициенты.

Аналогичным образом можно рассчитывать изменение и других функций – энтропии (), энергии Гиббса ().

В системах, находящихся при постоянных температуре и давлении, самопроизвольно могут протекать только те процессы, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса (G < 0). Если G > 0 , реакция протекает в обратном направлении, а при G = 0 система находится в состоянии химического равновесия.

Пример. Вычислить стандартные изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса в реакции CO_2(г) + С _{(графит)} = 2CO_(г). Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие реакции, и сделать вывод о возможности протекания реакции в прямом направлении.

Решение.

• Рассчитать стандартное изменение энтальпии реакции:

=  (n ) –  (m )= 2– ( + )=

= 2(–110,5) – (–393,5 + 0) = 172,5 кДж.

>0 – эндотермическая реакция.

• Рассчитать стандартное изменение энтропии реакции:

=  (n ) –  (m )= – (+) =

=2·197,5 – (213,7 + 5,7) = 175,6 Дж/К = 175,610^-3 кДж/К.

• Рассчитать стандартное изменение энергии Гиббса реакции:

= – = 172,5 –298175,610^-3 = 120,2 кДж.

> 0, при Т = 298 К прямая реакция невозможна.

• Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие.

Если пренебречь зависимостями иS от температуры и считать их постоянными, можно рассчитать энергию Гиббса при нестандартной температуре Т: G = Н – ТS  – = – = 0  Т ==

• Построить график зависимости от Т.

Из графика видно, что в интервале температур 0 – 982 К G > 0, следовательно, прямая реакция невозможна; выше 982 К G < 0, т.е. самопроизвольно протекает прямая реакция.