Контрольные вопросы

1. Термодинамика. Основные понятия и термины. Система. Фаза. Классификация систем. Термодинамические параметры. Стандартные термодинамические параметры.

2. Термодинамические функции состояния системы. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики, формулировка, математическое выражение, философское значение, применение к биологическим системам.

3. Термодинамические функции состояния системы. Энтальпия. Энтропия. Энергия Гиббса. Химический потенциал.

4. Термохимия. Термохимические уравнения, их особенности. Закон Гесса. Энтальпии образования и сгорания. Стандартные энтальпии образования и сгорания. Следствия из закона Гесса, формулировки, математические выражения, примеры.

5. Понятие о коэффициенте калорийности пищи. Коэффициенты калорийности основных компонентов пищи: белков, жиров и углеводов.

Типовые задачи

Задача 1. Рассчитать калорийность булки хлеба «Бородинский» массой 450 г, если его стограммовый кусочек содержит 7,4 г белков, 57,1 г углеводов и 1,2 г жиров. Коэффициенты калорийности брать по нижней границе.

Решение

1. Найти массы белков (m_б), углеводов (m_у) и жиров (m_ж) в 450 г хлеба «Бородинский»:

2. Рассчитать калорийность булки хлеба «Бородинский» массой 450 г:

К = (m_б ·16,5 + m_{у ·} 16,5 + m_ж · 37,7) кДж

К = 33,3 · 16,5 + 256,95 · 16,5 + 5,4 · 37,7 = 4992,705 кДж

Ответ: К = 4992,705 кДж.

Задача 2. Определить изменение энтальпии химической реакции:

2С₂Н₅ОН_(ж) → С₂Н₅-О-С₂Н_5(ж) + Н₂О_(ж) , используя следующие данные:

ΔН⁰_сгор С₂Н₅ОН_(ж) = –1370,00 кДж·моль^-1

ΔН⁰_сгор С₂Н₅ОС₂Н_(ж) = –2720,04 кДж·моль^-1

ΔН⁰_сгор Н₂О_(ж) = 0 кДж·моль^-1

Решение:

Поскольку даны энтальпии сгорания реагентов и продуктов, то используя 2-ое следствие из закона Гесса запишем:

ΔН⁰_р-я = ∑ΔН⁰_{сгор. реагентов} – ∑ΔН⁰_{сгор. продуктов}

Применительно к этой реакции:

ΔН⁰_р-я = 2ΔН⁰_сгорС₂Н₅ОН_(ж) – ΔН⁰_сгорС₂Н₅ОС₂Н_5(ж) = 2 · (–1370,00) – (–2720,04) =

-2740,00 + 2720,04 = –19,96 кДж·моль^-1.

Ответ: ΔН⁰_р-я = –19,96 кДж·моль^-1.

Задача 3. Определить стандартную энтальпию образования оксида меди (II) CuO_(к), используя следующие данные:

1) 3CuO_(к) + 2NH_3(г) = 3Cu_(к) + N_2(г) + 3H₂O_(ж), ΔH₁⁰ = –299,53 кДж·моль^-1

2) 1/2N_2(г) + 3/2H_2(г) = NH_3(г), ΔH₂⁰ = –46,19 кДж·моль^-1

3) H_2(г) + 1/2О_2(г) = H₂О_(ж), ΔH₃⁰ = –285,838 кДж·моль^-1

Решение:

Поскольку необходимо определить стандартную энтальпию образования оксида меди (II), то используя I-ое следствие из закона Гесса запишем:

ΔН⁰_р-я = ∑ΔН⁰_{обр. продуктов} – ∑ΔН⁰_{обр. реагентов}

Применительно к 1-ой реакции:

ΔН⁰_р-я = 3ΔН⁰_обрCu_(к) + ΔН⁰_обрN_2(г) + 3ΔН⁰_обрН₂О_(ж) – (3ΔН⁰_обрCuО_(к) – 2ΔН⁰_обрNH_3(г)).

Учитывая, что в термохимии энтальпии образования простых веществ азота N_2(г) и меди Cu_(к) приняты равными нулю и раскрыв скобки, получаем следующее уравнение:

ΔН⁰_р-я = 3ΔН⁰_обрН₂О_(ж) – 3ΔН⁰_обрCuО_(к) – 2ΔН⁰_обрNH_3(г).

Переносим в левую часть уравнения ΔН⁰_обрCuО_(к) с обратным знаком и получаем:

Подставим числовые значения указанных параметров:

Ответ: ΔН⁰_обр CuО_(к) = - 155,20 кДж·моль^-1.

Задача 4. Рассчитать величину стандартного изобарно-изотермического потенциала для следующей реакции: 2C₄H_10(г) + 5О_2(г) → 4CH₃COOH_(ж) + 2Н₂О_(ж), используя следующие данные:

ΔН⁰_р-я = –2267,94 кДж·моль^-1

ΔS⁰_р-я = –866,30 Дж·моль^-1

Решение:

Поскольку даны значения энтальпийного и энтропийного факторов, то для расчета стандартного изобарно-изотермического потенциала используем следующее уравнение:

ΔG⁰_р-я = ΔН⁰ – Т·ΔS⁰

Прежде, чем подставить в это уравнение значения указанных параметров, необходимо перевести величину энтропийного фактора в кДж·моль^-1. Это будет составлять –0,866 кДж·моль^-1.

Подставляем цифровые значения указанных величин в приведенное уравнение. При этом учитываем, что стандартная температура составляет 298 К:

ΔG⁰_р-я= –2267,94 – 298 · (–0,866) = –2009,782 кДж·моль^-1

Ответ: ΔG⁰_р-я= –2009,782 кДж·моль^-1