Жильцов В.В. Методические указания к решению задач на семинарах по основам химической термодинамики

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

им. М.В. ЛОМОНОСОВА

Кафедра физической химии

В.В. Жильцов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

НА СЕМИНАРАХ ПО ОСНОВАМ ХИМИЧЕСКОЙ

ТЕРМОДИНАМИКИ

Учебно-методическое пособие

МОСКВА 2007

www.mitht.ru/e-library

ББК 24.5

УДК 541.1

Жильцов В.В.

Методические указания к решению задач на семинарах по основам химической термодинамики Учебно-методическое пособие М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2007. – 25 с.

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова.

Пособие предназначено для студентов 3 курса по дисциплине

«Физическая химия» для направления бакалавриата 550800 «Химическая технология и биотехнология». Оно рассчитано для индивидуальной работы студентов на семинарах по химической термодинамике с целью овладения расчетными методами решения типовых задач.

Рецензенты:

д.х.н., профессор Боженко К.В. (профессор кафедры физической и коллоидной химии РУДН, в.н.с. ИПХФ РАН)

к.х.н., доцент Соломонов В.А. (МИТХТ)

©МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2007

2

www.mitht.ru/e-library

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.Вычисление теплового эффектахимическойреакции постандартным энтальпиям образования ………………………………………………………………………………………. 4

2.Зависимостьтепловогоэффектахимическойреакции от температуры. Уравнения Кирхгофа …………………………………………………………………………………………… 7

3.Второеначалотермодинамики. Определениенаправления реакции …………………. 12

4.Термодинамикахимическогоравновесия …………………………………………………… 15

4.1.Вычислениеконстанты равновесияхимическойреакции при25ΟС …………… 15

4.2.Зависимостьконстантыравновесияот температуры ……………………………. 19

Приложение……………………………………………………………………………………………. 23

3

www.mitht.ru/e-library

1. ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

ПО СТАНДАРТНЫМ ЭНТАЛЬПИЯМ ОБРАЗОВАНИЯ

Типовая задача с решением

По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при

25оС:

СН4 (г) + 2H2S (г) = CS2 (ж) + 4Н2 (г)

Решение.

По справочнику физико-химических величин находим стандартные энтальпии образования ( f H298 ) веществ, участвующих в реакции:

Тепловой эффект реакции вычисляется по следующей формуле:

r H298 j ( f H298 )j(КОН) i ( f H298 )i(ИСХ ) .

ji

r H298 88,70 – [–74,85 + 2(–20,60)] +204,75 кДж/моль.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

ZnO (тв ) + СО (г) = Zn (тв) + CO2 (г)

2.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

С02 (г) + S02 (г) = S03 (г) + СО (г)

3.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

NН3 (г) + HCl (г) = NH4Cl (т)

4. По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции

4

www.mitht.ru/e-library

при 25оС:

С2Н5ОН (ж) = С2Н4 (г) + Н20 (ж)

5.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

СН4 (г) + С02 (т) = 2СО (г) + 2Н2 (г)

6.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

2СН4 (г) + С02 (г) = СН3СОСН3 (г) + Н20 (г)

7.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

СО (г) + Cl2 (г) = С0Сl2 (г)

8.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

С6Н6 (г) + 3Н2 (г) = С6Н12 (г)

9.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции

при 25оС:

СО (г) + 3Н2 (г) = СН4 (г)+ Н20 (г)

10.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

С2Н6 (г) = С2Н4 (г) + Н2 (г)

11.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции

при 25оС:

С2Н2 (г) + H20 (г) = СН3СНО (г)

12.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

СО (г) + Н20 (г) = С02 (г) + Н2 (г)

13.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

С (графит) + 2Н2 (г) = СН4 (г)

5

www.mitht.ru/e-library

14.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

2SO2 (г) + 02 (г) = 2S03 (г)

15.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

3Н2 (г) + N2 (г) = 2NH3 (г)

16.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

S02 (г) + Cl2 (г) = S02Cl2 (г)

17.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

3Н2 (г) + S02 (г) = H2S (г) + 2Н20 (г)

18.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

2HI (г) = Н2 (г) + I2 (г)

19.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

CH4 (г) + 3Cl2 (г) = CHCl3 (г) + 3HCl (г)

20.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

C2H6 (г) + H2 (г) = 2CH4 (г)

21.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

2C2H5OH (г) = C4H6 (г)+ 2H2O (г)+ H2 (г)

22.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

C6H5CH3 (г) + 4H2 (г) = C7H16 (г)

23.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции

при 25оС:

6

www.mitht.ru/e-library

CO2 (г)+ 4H2 (г) = 2H2O (г)+ CH4 (г)

24.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

CO (г)+ 2H2 (г) = CH3OH (г)

25.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

CH4 (г)+ H2O (г) = CO (г)+ 3H2 (г)

26.По стандартным энтальпиям образования вычислить тепловой эффект реакции при 25оС:

2CH4 (г) + O2 (г) = 2CO (г)+ 4H2 (г)

2. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ. УРАВНЕНИЯ КИРХГОФА

Типовая задача с решением

Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.

СН30Н (г) + 3/202 (г) = С02 (г) + 2H2O (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ (CP)

в интервале температур от 298 до 500 К.

Решение.

По справочнику физико-химических величин находим значения стандартных теплот образования при 298 К ( f H298 ) и средних теплоёмкостей веществ, участвующих в

реакции (CP):

Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры выражается

7

www.mitht.ru/e-library

уравнением Кирхгофа:

ji

r H298 [–393,51 + 2(–241,81)] – (–201,00) = 676,13 кДж/моль.

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К. Тепловой эффект реакции при 298 К равен 41,17 кДж/моль.

8

www.mitht.ru/e-library

5. Определите тепловой эффект химической реакции при 400 К.

СН4 (г)+С02 (г)=2CO(г)+2Н2 (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

6. Определите тепловой эффект химической реакции при 450 К.

2СН4 (г)+С02 (г)=СН3СОСН3 (г)+Н20(г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

7. Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.

СО(г)+Cl2 (г)=COCl2 (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

8.Определите тепловой эффект химической реакции при 400 К.

С6Н6 (г)+3Н2 (г)=С6Н12 (г)

При расчете воспользуйтесь средними.теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

9.Определите тепловой эффект химической реакции при 450 К.

С0(г)+3Н2 (г)=СН4 (г)+H2O(г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур

от 298 до 500 К.

10.Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.

С2Н6 (г)=С2Н4 (г)+Н2 (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

11.Определите тепловой :эффект химической реакции при 400 К.

С2Н2 (г)+Н20 (г)=CH3СНО(г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур

от 298 до 500 К.

12. Определите тепловой эффект химической реакции при 450 К

9

www.mitht.ru/e-library

СО(г)+Н2О(г)=СО2 (г)+Н2 (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

13. Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.

С(графит)+2Н2 (г)=СН4 (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

14. Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.

2S02 (г)+02 (г)=2SO3 (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

15. Определите тепловой эффект химической реакции при 450 К.

3Н2 (г)+N2 (г)=2NH3 (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

16. Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.

S02 (г)+Cl2 (г)=S02Cl2 (г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

17. Определите тепловой эффект химической реакции при 400 К.

3H2 (г)+S02 (г)=H2S(г)+2Н2О(г)

При расчете воспользуйтесь средними теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

18. Определите тепловой эффект химической реакции при 450 К

2HI(г)=Н2 (г)+I2 (г)

При расчете воспользуйтесь средними.теплоёмкостями веществ в интервале температур от 298 до 500 К.

19. Определите тепловой эффект химической реакции при 500 К.

CH4 (г) + 3Cl2 (г) = CHCl3 (г) + 3HCl (г)

10

www.mitht.ru/e-library