5. Вычисление изменения энтропии в различных процессах.

Пример 10. Определение изменения энтропии в химической реак­ции.

Определите изменение энтропии в стандартных условиях для следующей химической реакции:

2С (графит)+ ЗН₂ (г) —> С₂Н₆ (г)

Энтропии веществ, участвующих в реакции:

S⁰₂₉₈(С _графит) =5,74 Дж/(моль·К); S⁰₂₉₈(Н_2,газ) =130,6 Дж/(моль·К);

S⁰₂₉₈(С₂Н_6,газ) =229,5 Дж/(моль·К).

Решение. Изменение энтропии в химической реакции равно разности между суммой энтропий продуктов реакции и суммой энтропий реагирующих веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

∆S⁰₂₉₈ = S⁰₂₉₈(С₂Н_6,газ) - 2 S⁰₂₉₈(С _графит) -3 S⁰₂₉₈(Н_2,газ) = 229,5 – 2(5,74) -3(130,6) = - 173,78 Дж/К.

Пример 11. Определение изменения энтропии при фазовых пре­вращениях.

Удельная теплота плавления свинца 23040 Дж/кг. Температура плавления свинца 327,4 °С. Найдите изменение энтропии при плав­лении 250 г свинца.

Решение. Изменение энтропии при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое равно: ∆S = ∆H/T, где ∆H — теплота обратимого фазового превращения; Т — абсолютная тем­пература фазового превращения.

При определении изменения энтропии необходимо учесть мас­су вещества, претерпевшего фазовое превращение. Теплота плавле­ния 250 г свинца: 23040·0,25=5760 Дж. Абсолютная температура плавления: 327,4+273,0=600,4 К.

Изменение энтропии при плавлении 250 г свинца:

∆S = 5760/600,4=9,59 Дж/К.

6. Применение термодинамических функций для характеристики свойств веществ

Таблица

Направленность протекания реакций при разных знаках ∆H и ∆S.

Знак изменения функции			Возможность (невозможность) самопроизвольного протекания реакции	Пример реакции
∆Н	∆S	∆G
- + - +	+ - - +	- + ± ±	Возможно при любых температурах. Невозможно при любых температурах. Возможно при достаточно низких температурах. Возможно при достаточно высоких температурах.	С6Н6(ж.) + 7,502(г.) = 6С02(г.) + ЗН20(г.) N2(r.)+202(r.)=2N02(r.) 3H2(r.)+N2(r.)=2NH3(r.) N2O4(r.) = 2NO2(r.)

Пример 12. Пользуясь справочным данными, установить, возможно ли при температурах 298 и 2500 К восстановление ди­оксида титана до свободного металла по схеме:

ТiO₂ (к.) + 2С (графит) = Ti (к.) + 2СО (г.)

Зависимостью ∆H⁰ и ∆S° от температуры пренебречь.

Решение. В табл. приложения находим для 298 K

∆G⁰_обр(TiO₂) = -888,6 кДж/моль, ∆G⁰_обр(CO) = - 137,1 кДж/моль. Отсюда для рассматриваемой реакции:

∆G⁰_обр = ∆G⁰_обр(CO) - ∆G⁰_обр(TiO₂) = - 137,1 • 2 - (- 888,6) = 614,4 кДж

Поскольку ∆G⁰₂₉₈>0 восстановление TiO₂ при 298 К не­возможно.

Для расчета ∆G⁰₂₅₀₀ воспользуемся уравнением ∆G⁰ = ∆H⁰ - T∆S⁰. При этом в соответствии с указанием в условии за­дачи, используем значения ∆H⁰ и ∆S⁰ при 298 К. Для расчета ∆H⁰ и ∆S⁰ реакции необходимо найти в табл. значения ∆H⁰_обр и S° реагирующих веществ: ∆H⁰_обр(TiO₂) = - 943,9 кДж/моль, ∆H⁰_обр(CO) = -110,5 кДж/моль, S⁰(TiO₂) = 50,3 Дж/(моль • К), S⁰(C) = 5,7 Дж/(моль-К), S⁰(Ti) = 30,6 Дж/(моль • К), S⁰(CO) = 197,5 Дж/(моль • К).

Находим ∆H⁰ реакции:

∆H⁰ = 2∆H⁰_обр(CO) - ∆H⁰_обр(TiO₂) = -110,5·2 - (-943,9) = = 722,9 кДж

Аналогично вычисляем ∆S⁰ реакции:

∆S⁰= S⁰(Ti) + 2S⁰(CO) - S⁰(TiO₂) - 2S⁰(C) = 30,6 + 197,5 • 2 - 50,3 - 5,7·2 = 425,6 - 61,7 = 363,9 Дж/К

Теперь находим ∆G⁰₂₅₀₀, используя в качестве единой энергетической единицы килоджоуль:

∆G⁰₂₅₀₀ = ∆H⁰₂₅₀₀ - T∆S⁰₂₅₀₀ = 722,9 - 2500·363,9/1000 = 722,9 — 909,8 = - 186,9 кДж

Таким образом, ∆G⁰₂₅₀₀ < 0, так что восстановление ТiO₂ графитом при 2500 К возможно.

Задания

Вариант 2.1.

1. Разложение гремучей ртути при взрыве идет по уравнению

Hg(ONC)₂ = Hg+2CO + N₂, ∆H⁰₂₉₈ =-364,2 кДж.

Определите объем выделившихся газов (н. у.) и коли­чество теплоты, выделившейся при взрыве 1,5 кг Hg(ONC)₂.

2. Определите стандартную теплоту образования сероуглерода CS₂, если известно, что

CS₂ (ж) + ЗО₂ = СО₂ (r) + 2SO₂ (г); ∆H⁰ = - 1075 кДж/моль.

3. Теплоты сгорания этана и этилена составляют: ∆Н⁰_сгор(С₂Н₆) = -1560 кДж/моль и ∆Н⁰_сгор(С₂Н₄₎ = -1411 кДж/моль. Вычислить ∆Н⁰ реакции гидрирова­ния этилена С₂Н₄ + Н₂=С₂Н_6.

4. В результате протекания химической реакции систе­ма в целом теряет энергию. Каково будет при этом изменение внутренней энергии системы ∆U (положительное или отрица­тельное)?

Что представляет собой внутренняя энергия систе­мы?

5. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса следующих реакций по заданным значениям стандартной энергии Гиббса образования сложных ве­ществ (кДж/моль):

а) серная кислота (ж) + аммиак (г) = сульфат аммония (т)

-690 -16 -901

б) нитрат аммония (т) = оксид диазота (г) + вода (ж)

-184 +104 -237

6. Теплота испарения бромбензола при 429,8 К равна 241,0 Дж/г. Определите ∆S при испарении 1,25 моль бромбензола.

7.Рассчитайте температуру, при которой ∆G = 0: 2SO₂(г) + O₂ 2SO₃(г).

Как поведет себя равновесная система при температуре выше и ниже этой температуры?

8. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298 К: СаО, ZnO, SnO₂, NiO, Al₂O₃?

Вариант 2.2.

1. При соединении 2,1 г железа с серой выде­лилось 3,77 кДж. Рассчитать теплоту образования сульфида железа.

2. Вычислите ∆H⁰₂₉₈ хлорида аммония, если для реакции NН₃ (г) + НС1 (г) = NН₄С1 (к); ∆H⁰ = -176,93 кДж/моль.

3. Рассчитайте теплоту перехода графита в алмаз, если известно, что теплота образования СO₂ из графита ∆Н⁰₂₉₈ = -393,5 кДж/моль, а из алмаза ∆H⁰₂₉₈ = -395,4 кДж/моль.

4. Известно, что для химических реакций, в которых участвуют только твердые и (или) жидкие вещества, число­вые значения изменения энтальпии и изменения внутренней энергии примерно одинаковы (∆Н ~ ∆U). Дайте объяснение этому факту.

5. Вычислите ∆G⁰₂₉₈ для следующих реакций:

а) 2NaF(к) + Cl₂(г) = 2NaCl(к) + F₂(г)

б) PbO₂(к) + 2Zn(к) = Pb(к) + 2 ZnO(к)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO₂ цинком по реакции (б)?

6. Изменение энтропии при плавлении 100 г меди равно 1,28 Дж/К. Рассчитайте удельную теплоту плавления меди, если температура плавления меди 1083 °С.

7. При какой температуре установится равновесие в системе

СО(г) + Н₂(г)  CН₃ОН(ж); ∆Н = -128,05 кДж?

8. Исходя из знака ∆G⁰₂₉₈ следующих реакций РbО₂ (к.) + Рb (к.) = 2РbО (к.); ∆G⁰₂₉₈ < О

SnO₂ (к.) + Sn (к.) = 2SnO (к.); ∆G⁰₂₉₈ > О

сделать вывод о том, какие степени окисления более характерны для свинца и олова.

Вариант 2.3.

1. Найти количество теплоты, выделяющейся при взрыве 8,4 л гремучего газа, взятого при нормальных условиях.

2. Определите ∆H⁰₂₉₈ ВiС1₃(к), если ∆H⁰₂₉₈ ВiС1₃(г) равна -270,70 кДж/моль, а ∆H⁰ возгонки ВiС1₃(к) составляет 113,39 кДж/моль.

3. При взаимодействии 5 г металлического натрия с водой выделяется 40,25 кДж теплоты, а при взаимодействии 10 г оксида натрия с водой выделяется 36,46 кДж теплоты. Рассчитайте ∆H⁰₂₉₈ Na₂O.

4. Объясните смысл термина «система».

В зависимости от способности системы к обмену энер­гией и веществом с окружающей средой различают три типа систем: изолированная, закрытая и открытая. Объясните смысл каждой из систем.

5. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса следующих реакций по заданным значениям стандартной энергии Гиббса образования сложных ве­ществ (кДж/моль):

а) хлорат калия (т) = хлорид калия (т) + перхлорат калия (т)

-297 -409 -303

б) нитрит аммония (т) = диазот (г) + вода (ж)

-117 -237

6. Удельная теплота плавления льда 33 480 Дж/кг. Определите изменение молярной энтропии при плавлении льда.

7. Рассчитайте термодинамические характеристики ∆H⁰, ∆S⁰ и ∆G⁰ реакции 2NO₂(г) = N₂O₄(г).

8. Используя справочные данные, укажите, образование какого продукта в каждом наборе из двух реакций термодина­мически более вероятно при протекании процесса в закрытой системе при стандартных условиях (T = 298 К):

а) Fe(т) + Вг₂(ж) = FeBr₂(т) 2Fe(т) + ЗВг₂(ж) = 2FеВг₃(т)

б) 2Рb(т) + О₂(г) = 2РbО(т) Рb(т) + O₂(г) = РbO₂(т)

Вариант 2.4.

1. Сколько тепла выделится при сжигании 38 г сероугле­рода, если его теплота образования ∆Н⁰ = 62,7 кДж/моль.

2. Тепловой эффект реакции (∆H⁰₂₉₈)

SО₂(г) + 2Н₂S(г) = 3S(ромб) + 2Н₂О(ж)

равен -234,50 кДж. Определите стандартную теплоту об­разования H₂S.

3. Определите количество теплоты, выделяющейся при взаимодействии 50 г фосфорного ангидрида с водой по реак­ции Р₂О₅ + Н₂0 = 2НРОз,

если тепловые эффекты реакций равны:

2Р + 5/2О₂ = Р₂О₅; ∆H⁰₂₉₈ = -1549,0 кДж;

2Р + Н₂ + 3О₂ = 2НРО₃; ∆H⁰₂₉₈ = - 1964,8 кДж.

4. Сформулируйте первый закон термодинамики.

Запишите математическое соотношение, определяю­щее первый закон (начало) термодинамики.

В каких единицах выражаются величины, входящие в соотношение первого начала термодинамики?

5. Вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции Fe₃O₄(к) + СО(г) = 3FeO(к) + СО₂(г)

и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях

6. Определите ∆S₂₉₈ системы Н₂(г)+S(к) = Н₂S(г)

7. При какой температуре установится равновесие в системе

СН₄(г) + СО₂(г)  2CО(г) + 2Н₂(г); ∆Н = +247,37 кДж?

8. Используя справочные данные, определите, какое ве­щество в указанных рядах термодинамически более устойчиво при стандартных условиях (T = 298 К):

а) SeO₂, SO₂, TeO₂ (газы)

б) К₂0, Li₂O, Na₂0, Cs₂O, Rb₂0 (твердые вещества)

в) AsH_3, NH₃, РН₃, SbH₃ (газы)

Укажите положение РоО₂, Fr₂O и ВiН₃ в соответствующих ря­дах.

Вариант 2.5.

1. При сгорании кальция массой 8 г количество выделившейся теплоты составило 127 кДж. Составьте термохимическое уравнение реакции.

2. Окисление аммиака протекает по уравнению 4NH₃ (г) + 3О₂(г) = 2 N₂ + 6 H₂O; ∆H⁰ = -1528 кДж.

Определите стандартную теплоту образования NH₃(r).

3. Сколько нужно затратить теплоты, чтобы разложить 200 г Na₂CO₃ до оксида натрия и диоксида углерода, если тепловые эффекты реакций равны:

Na₂CO₃+SiO₂ = Na₂SiO₃+CO₂; ∆H⁰₂₉₈=+819,29 кДж Na₂O + SiO₂ = Na₂SiO₃; ∆H⁰₂₉₈= - 243,5 кДж.

4. Дайте определение энталь­пии образования химического соединения при стандартных условиях.

Чему равны стандартные энтальпии образования всех простых веществ, находящихся в стандартных состоя­ниях?

Почему необходимо сравнивать энтальпии образова­ния веществ (теплоты образования) при стандартных услови­ях?

Какая из написанных ниже реакций и почему отве­чает энтальпии образования N0 в стандартных условиях (∆H⁰₂₉₈):

a) ½ N₂ + О = N0; б) N + ½ О₂ = N0; в) ½ N₂ + ½ 0₂ = N0?

5. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса следующих реакций по заданным значениям стандартной энергии Гиббса образования сложных ве­ществ (кДж/моль):

а) перхлорат калия (т) = дикислород (г) + хлорид калия (т)

-303 -409

б) сульфид калия (т) + дикислород (г) = сульфит калия (т)

-406 -1025

6. Вычислите изменение энтропии при стандартных условиях в следующих реакциях [S₂₉₈ (CCl_{4 ж})=214,43Дж/(моль· К)]:

a) 4NH₃ + 3O₂ = 6H₂O(ж) + 2N₂

б) CH₄(ж) + 2Cl₂ = CCl₄(ж) + 4НСl(г)

в) СО+ЗН₂ = СН₄+Н₂О(г)

7. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe₂O₃, протекающая по уравнению

Fe₂O₃(к) + СО(г) = 3FeО(к) + СО₂(г); ∆Н = +34,55 кДж.

8. Определите более устойчивую степень окисления хло­ра, свинца и селена по значениям ∆G⁰₂₉₈ реакций:

2KClO₄(т) = 2КСlO₃(т) + О₂(г)

Pb0_2(T) + Pb_(T) = 2Pb0_(Т)

2SeО_2(T) + О₂(г) = 2SeО_3(T)

Вариант 2.6.

1. Железо массой 7 г сожгли в хлоре, получив хлорид железа (III). При этом количество выделившейся теплоты составило 50 кДж. Напишите термохимическое уравнение данной реакции.

2. Вычислите стандартную теплоту образования сахарозы C₁₂H₂₂Q₁₁, если тепловой эффект реакции (∆H⁰₂₉₈)

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 12О₂= 12СО₂+11Н₂О (ж) равен -5694 кДж.

3. Рассчитайте тепловой эффект реакции: СН₄ (г) + С1₂ (г) = СН₃С1 (г) + НСl (г),

если известны тепловые эффекты реакций:

СН₄+2О₂ = СО₂+2Н₂О; ∆H⁰₂₉₈ =-892,0 кДж;

2СН₃С1(г) + ЗО₂ (г) = 2СО₂ (г) + 2Н₂О(ж) + 2НС1; ∆H⁰₂₉₈= -1374 кДж;

2H₂ + O₂ = 2Н₂0 (ж); ∆H⁰₂₉₈=-571,7кДж;

H₂ + Cl₂ (г) = 2НС1 (г); ∆H⁰₂₉₈ =-185,0 кДж.

4. Почему при протекании химических реакций обяза­тельно выделяется или поглощается энергия?

Перечислите известные вам формы энергии.

5.Реакция горения ацетилена идет по уравнению

С₂Н₂(г) + 5/2 О₂(г) = 2СО₂(г) + Н₂О(ж). Вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции.

6. Рассчитайте ∆S₂₉₈ реакции разложения бертолетовой соли, если S⁰₂₉₈(KClO₃) = 142,97 Дж/(моль· К), a S⁰₂₉₈(KCl) =82,68 Дж/(моль·К).

7. Вычислите ∆Н⁰, ∆S⁰ и ∆G⁰ реакции, протекающей по уравнению

TiO₂(к) + 2C(к) = Ti(к) + 2CО(г).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, при 1000 и 3000 К? Зависимостью ∆Н⁰ и ∆S⁰ от температуры пренебречь.

8. Укажите, по какой реакции происходит разложение пероксида водорода при стандартной температуре: а) Н₂О₂(ж) = Н₂ + О₂;

б) Н₂О₂(ж) = Н₂О(ж) + ½ О₂.

Вариант 2.7.

1. На разложение оксида ртути (II) массой 8,68 г затрачена теплота количеством 3,64 кДж. Составьте термохимическое уравнение реакции.

2. Восстановление диоксида свинца водородом проте­кает по уравнению

РbO₂+Н₂=РЬО + Н₂0(г); ∆H⁰₂₉₈ =-182,8 кДж.

Определите стандартную теплоту образования РЬО₂.

3. Исходя из термохимических уравнений реакций

КСlO₃ = КС1 + 3/2 О₂; ∆Н⁰₂₉₈ = -49,4 кДж/моль; КСlO₄ = КС1 + 2О₂; ∆Н⁰₂₉₈ = 33 кДж/моль,

рассчитайте ∆Н⁰₂₉₈ реакции 4КСlO₃ = ЗКСlO₄ + КС1.

4. Дайте определение теплового эффекта химической ре­акции. В каких единицах обычно выражают тепловой эф­фект реакции?

Укажите, чем термохимические уравнения отличают­ся от химических.

5. Возможна ли следующая реакция: 2Hg₂Cl₂ = 2HgCl₂+2Hg.

Ответ подтвердите, рассчитав ∆G^O₂₉₈ этой системы.

6. Теплота плавления нафталина С₁₀Н₈ равна 149 600Дж/кг, а температура плавления 80,4 °С. Найдите измене­ние энтропии при плавлении 3,1 моль нафталина.

7. Вычислите ∆Н⁰, ∆S⁰ и ∆G⁰ реакции, протекающей по уравнению

Fe₂O₃(к) + 3Н₂(г) = 2Fe(к) + 2Н₂О(г).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, при 500 и 2000 К?

8. Какие из карбонатов: ВеСО₃, СаСО3 или ВаСО₃ – можно получить при взаимодействии соответствующих оксидов с СО₂? Какая реакция идет наиболее энергично?

Вариант 2.8.

1. Сколько теплоты выделится при сгорании теллура массой 1,92 г, если для ТеО₂ (к) ∆H⁰ = -322 кДж/моль?

2. Вычислите тепловой эффект реакции

А1₂0₃ (к)+3S0₃ (г) = А1₂ (S0₄)₃ (к)

если известны стандартные теплоты образования реагирую­щих веществ.

3. Даны три уравнения химических реакций:

Н_2(г) + ½ О_2(г) = Н₂0_(ж), ∆H⁰₂₉₈ = -285,84

СаО_(тв) + Н₂О_(ж) = Са²⁺_(водн) + 20Н^-_(водн), ∆H⁰₂₉₈ = -81,6 кДж

Са_(тв) + 2Н₂0_(Ж) = Са₍²⁺_водн) + 2ОН^-_(водн) + Н_2(г), ∆H⁰₂₉₈ = -456,1 кДж

Определите тепловой эффект реакции Са_(тв) + ½ О_2(г) = СаО_(тв).

4. Охарактеризуйте термодинамические величины, входящие в формулы:

∆G⁰ = ∆H⁰ - T∆S⁰; ∆F⁰ = ∆U⁰ -T∆S⁰; ∆H⁰ = ∆U⁰ +p∆V = ∆U⁰ + ∆nRT. Выведите формулу, связывающую ∆G⁰ и ∆F⁰.

5. Разложение кристаллического нитрата аммония возможно по двум схемам:

NH₄NO₃(к) = N₂O(г) + 2H₂O(г),

NH₄NO₃(к) = N₂(г) + ½ O₂(г) + 2H₂O(г).

Какая реакция более вероятна?

6. Вычислите изменения энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:

2CH₄(г) =С₂Н₂(г) + 3Н₂(г)

N₂(г) + 3Н₂(г) = 2NH₃(г)

C(графит) + О₂(г) = СО₂(г)

Почему в этих реакциях 0>∆S⁰₂₉₈≥0?

7. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению: СО(г) + 3Н₂(г) = СН₄(г) + Н₂О(г).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

8. Определите ∆G^O₂₉₈ реакции МеО (к) + СО₂ (г) = МеС0₃ (к)

для металлов от Be до Ва. На основании этого сделайте вы­вод об изменении основных свойств оксидов этих металлов.

Вариант 2.9.

1. Рассчитайте количество теплоты, которая по­глотится при получении кислорода объемом 6,72 л по реакции

2KNO₃ = 2KNO₂ + 0₂ ∆H° = 255кДж

Объем кислорода приведен к нормальным условиям.

2. Используя значение ∆H⁰₂₉₈ реагирующих веществ, определите тепловой эффект реакции восстановления оксидом углерода диоксида свинца до оксида с образованием диоксида углерода.

3. При стандартных условиях тепловой эффект реакции полного бромирования белого фосфора равен -229,1 кДж/моль, а тепловой эффект реакции бромирования красного фосфора равен -212,3 кДж/моль. Чему равен тепловой эффект реакции превращения красного фосфора в белый при стандартных условиях?

4. Определите ∆H⁰₂₉₈ и ∆U системы NH₄NO₃(к) = NH₃ (г) + HNO₃(г)

5. Исходя из величин ∆G^O₂₉₈ соединений, участвующих в реакции, определите, возможна ли реакция

А1₂0₃ (к) + 2S0₃ (г) = А1₂(S0₄)₃ (к)

6. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите ∆S⁰₂₉₈ сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

7. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению: С₂Н₄(г) + 3О₂(г) = 2СО₂(г) + 2Н₂О(ж).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

8. Определите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению

РСl₅(г) = PCl₃(г) + Сl₂(г); ∆Н = +92,59 кДж. Ответ: 509 К.

Вариант 2.10.

1. Рассчитайте количество теплоты, которая выде­лится при нейтрализации кислотой гидроксида натрия массой 0,8 г:

2NaOH + H₂S0₄ = Na₂SО₄ +2H₂O, ∆H° = -290 кДж

2. Определите тепловой эффект реакции

NaH (к) + Н₂0 (ж) = NaОН(р) + Н₂ (г)

по стандартным теплотам образования веществ, участвую­щих в реакции, если ∆H⁰₂₉₈(NaH_к) = -56,94 кДж/моль, ∆H⁰₂₉₈ (NaOH_р) = -469,47 кДж/моль.

3. Рассчитайте ∆H⁰₂₉₈ ZnSO₄ из ZnS и О₂, если известно, что

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂; ∆H⁰₂₉₈ = -890,0 кДж,

2SO₂+0₂ = 2SO₃; ∆H⁰₂₉₈ = —196,6 кДж.

ZnSO₄ = ZnO+SO₃; ∆H⁰₂₉₈ =+234,0 кДж.

4. Охарактеризуйте термодинамические величины, входящие в формулы:

∆G⁰ = ∆H⁰ - T∆S⁰; ∆F⁰ = ∆U⁰ -T∆S⁰; ∆H⁰ = ∆U⁰ +p∆V = ∆U⁰ + ∆nRT. Укажите условия, когда ∆G⁰ = ∆F⁰; ∆H⁰ = ∆U⁰ .

5. Какая из реакций разложения KNO₃ характеризуется минимальным значением ∆G^O₂₉₈ :

a) KNO₃ = K + NO₂ + ½ O₂

б) 2KNO₃ = K₂O +2NO₂+O₂

в) KNO₃ = KNO₂ + ½ O₂

6. Вычислите ∆S⁰₂₉₈ в реакции Fe₃O₄(к) + СО(г) = 3FeO(к) + СО₂(г).

7. Для реакции Н₂О(г) + С(к) = СО(г) + Н₂(г) известны ∆G⁰₆₀₀ = 50,96 кДж и ∆G⁰₇₀₀ = 34,70 кДж. Вычислите ∆H⁰ и ∆S⁰, предполагая их постоянными в интервале температур 600 – 700 К.

8. Укажите, какой оксид в каждом наборе из двух реак­ций обладает более основными свойствами:

а) А1₂Оз(т) + ЗSO₃(г) = А1₂(S0₄)₃ ; ∆G⁰₂₉₈ = -405 кДж Т1₂О₃₍т) + 3SO₃(г)= T1₂(S0₄)₃(т); ∆G⁰₂₉₈ = - 442 кДж

б) 6ВаО(т) + Р₄О₁₀(т) = 2Ва₃(Р0₄)₂(т); ∆G⁰₂₉₈ = -1728 кДж 6СаО(т) + Р₄О₁₀(т) = 2Са₃(Р0₄)₂(т); ∆G⁰₂₉₈ = -1456 кДж

Вариант 2.11.

1. Теплота сгорания ромбической серы равна -296,8 кДж /моль. Рассчитайте какое количество тепло­ты выделится при сгорании 64 г серы ромбической при стан­дартных условиях.

2. Определите тепловой эффект реакции

2PbS+30₂ = 2PbO + 2SO₂

используя значения стандартных теплот образования реа­гирующих веществ.

3. Вычислите количество теплоты, которое требуется на разложение 10 кг безводного карбоната натрия по реакции Na₂CO₃(к) = Na₂O(к) + СО₂(г), если известно, что

Na₂CO₃(к) + SiO₂(к) = Na₂SiO₃(к) + СО₂(г), ∆H⁰ = 81,04 кДж

Na₂O(к) + SiО₂(к) = Na₂SiO₃(к), ∆H⁰ = -243,17 кДж

4. Состояние термодинамической системы характеризуется следующим образом: а) отсутствует обмен энергией и массой с внешней средой; б) возможна только теплопередача во внешнюю среду; в) возможен обмен энергией и массой с внешней средой. Как называются такие системы? Происходит ли изменение заряда в данных системах?

5. Возможно ли образование карбонила хрома Cr(CO)₆ при взаимодействии хрома с оксидом углерода(П)? Какие условия являются оптимальными для протекания данной реакции?

6. По уравнению реакции 4FeO(т) + O₂(г) = 2Fe₂O₃(т); ∆S⁰ = -259 Дж/К

рассчитайте стандартную энтропию оксида железа(Ш).

7. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению: NН₃(г) + HCl(г) = NH₄Cl(к).

Может ли эта реакция при стандартных условиях протекать самопроизвольно?

8. Укажите, при какой температуре (298 или 473 К) термодинамически выгоднее проводить следующие реакции:

∆G⁰₂₉₈, кДж ∆G⁰₄₇₃, кДж

Са(ОН)₂ +2СО₂ = Са(НСО₃)₂ -467 -405

H₂+2C+N₂=2HCN +252 +271

СаН₂+2Н₂О = Са(ОН)₂+2Н₂ -287 -315

CuCl₂+H₂O = CuO + 2НС1 +82 +61

Вариант 2.12.

1. Теплота сгорания ромбической серы равна -296,8 кДж /моль. Рассчитайте сколько литров кислорода (н. у.) всту­пит в реакцию сгорания, если при этом выделяется 59,36 кДж теплоты.

2. Определите тепловой эффект реакции восстановления оксида хрома (III) алюминием.

3. Определите энтальпию разложения Н₂О₂ на воду и кислород, используя следующие данные:

SnCl₂(р) + 2HCl(р) = SnCl₄(р) + 2Н₂О(ж), ∆Н⁰ = -393,3 кДж;

SnCl₂(р) + 2HCl(р) + ½ О₂(г) = SnCl₄(р) + Н₂О(ж), ∆Н⁰ = -296,6 кДж;

4. Вычислите изменение внутренней энергии при испарении 50 г этилового спирта при температуре кипения, если удельная теплота испарения его равна 857,7 Дж/г, а удельный объем пара при температуре кипения равен 607 × 10^-3 л/г. Объемом жидкости пренебречь.

5. Будут при 25 °С протекать реакции:

а) КН+Н₂0 = КОН+Н₂

б) КН = К+ ½ Н₂

Как будет влиять повышение температуры на направле­ние указанных процессов?

6. Предскажите знак изменения энтропии в реакции

NH₄HCO₃(к) = NH₃(г) + СО₂(г) + Н₂О(г).

Проверьте предположение расчетом.

7. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению: СО₂(г) + 4Н₂(г) = СН₄(г) + 2Н₂О(ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

8. Какой оксид — жидкий Мп₂О₇ или твердые Тс₂О₇ и Re₂O₇ — является типичным окислителем при 298 К? При отве­те используйте справочные данные.

Вариант 2.13.

1. Сколько теплоты выделится при разложении 54 г глюкозы по реакции

С₆Н₁₂О₆(к) = 2С₂Н₅ОН (ж) + 2СО₂ (г)

если ∆H⁰₂₉₈ С₆H₁₂O₆ (к)= -1273,0 кДж/моль; ∆H⁰₂₉₈ C₂H₅OH (ж)= -277,6 кДж/моль; CO₂ (г)= -393,5 кДж/моль.

2. Определить стандартную энтальпию образования РН₃, исходя из уравнения:

2РН₃ (г.) + 4О₂ (г.) = Р ₂О₅ (к.) + ЗН₂О (ж.); ∆Н⁰ = -2360 кДж.

3. Реакция 3SiCl₄(ж) + 2Al₂O₃(к) = 3SiO₂(к) + 4AlCl₃(к или ж)

Происходит настолько бурно, что раствор хлорида кремния закипает. Как это объяснить?

4. При взаимодействии водорода и кислорода с образованием воды (при 20 °С) выделяется 286,2 кДж теплоты на 1 моль водорода. Вычислите ∆U системы.

5. Какая их двух реакций возможна при обычных условиях:

2S(к) + 2H₂O(г) = 2H₂S(г) + SO₂(г) или 2H₂S(г) + SO₂(г) = 2S(к) + 2 H₂O(г)?

6. Предскажите знак изменения энтропии в следующих реакциях (проверьте предположения расчетами):

1) СаО(к) + СО₂(г) = СаСО₃(к);

2) 4Fe(к) + 3О₂(г) = 2Fe₂O₃(к);

3) N₂O₄(г) = 2NO₂(г).

7. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению: 4NН₃(г) + 5О₂(г) = 4NО(г) + 6Н₂О(г).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

8. Как изменяются основные свойства оксидов в ряду Li₂O → Na₂O→ К₂О→ Rb₂O → Cs₂O? Ответ дайте, ∆G^O₂₉₈ рас­считав системы Ме₂О+Н₂О = 2MeOH

Вариант 2.14.

1. При сгорании 9,3 фосфора выделяется 229,5 кДж теплоты. Рассчитайте ∆H⁰₂₉₈ оксида фосфора (V).

2. Исходя из теплового эффекта реакции ЗСаО (к.) + Р₂О₅ (к.) = Са₃ (РО₄)₂; ∆Н⁰ = - 739 кДж

определить ∆Н⁰₂₉₈ образования ортофосфата кальция.

3. Исходя из данных для реакций окисления As₂O₃ кислородом и озоном

As₂O₃(к) + О₂(г) = As₂O₅(к), ∆Н⁰ = -270,9 кДж;

3As₂O₃(к) + 2О₃(г) = 3As₂O₅(к), ∆Н⁰ = -1096,5 кДж

вычислите изменение энтальпии при переходе 1 моль кислорода в озон (298 К). Каково значение ∆Н⁰_обр озона?

4. Рассчитайте ∆U при испарении 1 кг воды (Т=423 К), если теплота испарения воды равна 2110,0 кДж/кг. Считать пар идеальным газом и объемом жидкости пре­небречь.

5. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе 2NO(г) + О₂(г)  2NO₂(г)?

6. Предскажите знак изменения энтропии в следующих реакциях (проверьте предположения расчетами):

1) СаО(к) + Н₂О(ж) = Са(НО)₂(к);

2) СаО(к) + Н₂О(ж) = Са²⁺(р) + 2НО^-(р);

3) Al₂O₃(к) + 3SO₃(г) = Al₂(SO₄)₃(к).

7. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция Н₂(г) + СО₂(г) = СО(г) + Н₂О(ж); ∆Н = -2,85 кДж.

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите ∆G^O₂₉₈ этой реакции.

8. Какие из приведенных ниже водородных соединенй получают непосредственно из элементов, а какие косвенным путем: Н₂О(г), H₂S(г), H₂Se(г), H₂Te(г)?

Вариант 2.15.

1. Какое количество теплоты выделяется при превращении 1 кг красного фосфора в черный, если ∆H⁰₂₉₈ (Р – красный) = -18,41; ∆H⁰_{298Р(черный)}= - 43,20 кДж/моль?

2. Исходя из уравнения реакции

СН₃ОН (ж.) + ³/2 О₂ (г.) = СО₂ (г.) + 2Н₂О (ж.); ∆Н⁰ = -726,5 кДж

вычислить ∆Н⁰₂₉₈ образования метилового спирта.

3. Энергия диссоциации Н₂, С1₂ и теплота образования НС1 соответственно составляют 436, 243 и -92 кДж/моль. Рассчитайте энергию связи Н-Сl.

4. Молярная теплота испарения бензола равна 30,92 кДж/моль. Определите изменение внутренней энергии при испарении 200 г бензола (t=20°C). Считать, что пары бензола подчиняются законам идеальных газов. Объем жидкости незначителен по сравнению с объемом пара, и им можно пренебречь.

5. В каком направлении будет протекать реакция по­лучения аммиака

NН₄С1(к) + NaOH(к) = NaCl(к) + Н₂О(г) + NH₃(г)

если реагирующие вещества взяты в стандартных условиях?

6. По уравнению реакции 4FeO_(т) + О_{2 (г)} = 2Fe₂О_3(т); ∆S° = - 259 Дж/К

рассчитайте стандартную энтропию оксида железа (III).

7. Определите температуру, при которой ∆G_{реакции} = 0:

Н₂О(г) + СО(г) = СО₂(г) + Н₂(г).

При каких температурах вода как окислитель сильнее диоксида углерода и, наоборот, диоксид углерода сильнее воды?

8. Укажите, при каком из значений ∆G (приведены после уравнений) следующие газофазные реакции самопроизвольно протекают в прямом на­правлении:

N₂O₄ = 2NO₂; +0,64 или -0,72 кДж

2Н₂О = 2Н₂ + О₂; -45 или +190кДж

С₂Н₄ + Н₂ = С₂Н_б; - 35,3 или + 9,5 кДж

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂; +14,59 или -11,82 кДж

Вариант 2.16.

1. Сколько энергии надо затратить для разложения 9 г воды на водород и кислород в стандартных условиях?

2. Определить ∆H⁰₂₉₈ реакции ЗС₂H₂ (г.) = C₆H₆ (ж.), если ∆H⁰₂₉₈ реакции сгорания ацетилена с образова­нием СО₂ (г.) и Н₂О (ж.) равно -1300 кДж/моль, а ∆H⁰₂₉₈ образования бензола (ж.) составляет 82,9 кДж/моль.

3. При стандартных условиях теплота полного хлори­рования графита равна -103,3 кДж/моль, а теплота полного хлорирования алмаза равна -105,6 кДж/моль. Чему равна те­плота превращения графита в алмаз при стандартных усло­виях?

4. Определите ∆U при испарении 100 г воды при 20 °С, допуская, что пары воды подчиняются законам идеальных газов и что объем жидкости незначителен по сравнению с объемом пара. Удельная теплота парообразования воды 2451 Дж/г.

5. Укажите, будет ли сера растворяться в воде по одной из следующих реакций:

1) 3S(к) + 2Н₂О(ж) = SO₂(г) + 2Н₂S(г);

2) S(к) + 4Н₂О(ж) = Н₂SO₄(ж) + 3Н₂(г);

3) S(к) + 2Н₂О(ж) = SO₂(г) + 2Н₂(г).

6. Предскажите знак изменения энтропии в следующих реакциях (проверьте предположения расчетами):

1) СаО(к) + Н₂О(г) = Са(НО)₂(к);

2) 2Н₂О(г) = 2Н₂(г) + О₂(г);

3) NH₃(г) + HCl (г) = NH₄Cl(к)

7. При какой температуре ∆G_{реакции} = 0 2SO₂(г) + О₂ = 2SO₃(г).

Какая температура (низкая, высокая) наиболее благоприятна для максимального выхода SO₃?

8. Укажите, при каком из значений ∆G (приведены после уравнений) следующие реакции самопроизвольно протекают в большей степени в прямом направлении:

H_2(г) + I_2(г) = 2HI_(г); -9,6 или -17,2кДж

2CO_2(г) + 2CO_(г) + 0_2(г); -37,7 или -8,3 кДж

S0_2(г) + N0_2(г) = SO_3(г) + NO_(г); -16,8 или - 12,5 кДж FeO _(т) + CO_(г) = Fe_(т) + CO_2(г); -1,4 или -5,2 кДж Sb₂S_3(т) + 3H_2(г) = 2Sb_(т) + 3H₂S_(г); -0,95 или -2,7 кДж РС1_3(г)+С1_2(Г) = РСО_5(г); -2,76 или -0,76 кДж

Вариант 2.17.

1. При полном сгорании этилена (с образованием жидкой воды) выделилось 6226 кДж. Найти объем вступившего в реакцию кислорода (условия нормальные).

2. Сравнить ∆H⁰₂₉₈ реакции восстановления оксида железа (III) различными восстановителями при 298 К:

а) Fe₂O₃ (к.) + ЗН₂ (г.) = 2Fe (к.) + ЗН₂О (г.)

б) Fe₂О₃ (к.) + ЗС (графит) = 2Fe (к.) + ЗСО (г.)

в) Fe₂О₃ (к.) + ЗСО (г.) = 2Fe (к.) + ЗСО₂ (г.)

3. Теплоты образования НВг и HI в стандартных условиях соответственно равны -36 и 25,9 кДж/моль. Вычислить их теплоты образования из Вг₂ (г) и J₂ (г), принимая Вг₂ (ж) = Вг₂ (г); ∆Н⁰ = 31,0 кДж/моль и J₂ (т) = J₂ (г); ∆Н⁰ = 62,2 кДж/моль.

4. При растворении 1 моль цинка в разбавленной H₂SO₄ при 20 °С выделяется 143,1 кДж теплоты. Одновременно выделяется 1 моль водорода, причем против внешнего давления совершается работа. Определите изменение внутренней энергии.

5. Используя значения ∆G^O₂₉₈ соединений, участвующих в реакции

С₆Н₆ (г) + NH₃(г) = C₆H₅-NH₂(ж) + Н₂

определите, возможна ли эта реакция. ∆G^O₂₉₈(C₆H₅-NH₂(ж)) = 153,22 кДж/моль.

6. По уравнению реакции

2Al₂O₃(т) + 6SO₂(г) +3O₂( ) = 2Al₂(SO₄)₃(т); ∆S⁰ = -1727 Дж/К

рассчитайте стандартную энтропию cульфата алюминия(Ш).

7. По приведенным данным рассчитайте темпе­ратуру, при которой равновероятны оба направления реакций.

Реакция ∆Н°, кДж ∆S⁰,Дж/К

а)GeO₂(т) + 2Н₂(г) = Ge(т) + 2Н₂О(г) +71 +92

б) Cl₂(г) + 5F₂(г) = 2ClF₅(г) -478 -616

8. Обсудите, возможно ли горение металлических магния, кальция, цинка, меди, алюминия, железа в атмосфере диоксида углерода, например, по реакции: 2М(к) + СО₂(г) = 2МО(к) + С(к).

Вариант 2.18.

1. Водяной газ представляет собой смесь равных объемов водорода и оксида углерода(II). Найти количество теплоты, выделяющейся при сжигании 112 л водяного газа, взятого при нормальных условиях.

2. Вычислить ∆H⁰₂₉₈ реакций:

а) С₂Н₆ (г.) + ⁷/₂0₂ (г.) = 2СО₂ (г.) + ЗН₂О (г.)

б) С₆Н₆ (ж.) + ¹⁵/₂0₂ (г.) = 6С0₂ (г.) + ЗН₂0 (ж.)

3. Теплоты растворения и гидратации CuSO₄ состав­ляют соответственно -66,1 и -77,8 кДж/моль. Вычислить теплоту растворения CuSO₄·5Н₂О.

4. Внутренняя энергия при испарении 90 г воды при 100⁰С возросла на 188,1 кДж. Удельный объем водяного пара равен 1,699 л/г, давление 1,0133·10⁵ Па (1 атм). Определите теплоту парообразования воды (кДж/моль).

5. Рассчитайте ∆G^O₂₉₈ реакции N₂+2H₂O=NH₄NO₂ и сделайте вывод о возможности ее протекания, ∆G^O₂₉₈( NH₄N0₂)= 115,94 кДж/моль.

6. Поясните на примерах, в каком агрегатном со­стоянии энтропия веществ будет иметь наибольшее значение. Как изменяется энтропия вещества при фазовых переходах (плавление, испарение)?

Что называется стандартной энтропией вещества? Каким путем вычисляется изменение энтропии для химической реакции?

7. По приведенным данным рассчитайте темпе­ратуру, при которой равновероятны оба направления реакций.

Реакция ∆Н°,кДж ∆S⁰, Дж/К

б) CH₄(г) + H₂0(г) = CO(г) + 3H₂ (г) +207 +216

в) Zr(т) +ZrСl₄(г) = 2ZrCl₂(г) +215 +208

8. По значениям ∆G₂₉₈ (даны после уравнений) укажите, образование какого продукта каждого набора термодинамически более вероятно в стандартных условиях:

а) 2K_(т) + N_2(г) + 20_2(г) = 2KN0_2(T); -560 кДж

2К_(т) + N_2(г) + 30_2(г) = 2KN0_3(T); -790 кДж

б) Fe_(T) + Br_2(ж) = FeBr_2(г); -238 кДж 2Fe_(т) + ЗВг_2(ж) = 2FеВг_3(г); -492 кДж

в) 2Pb_(т) + 0_2(г) = 2PbO_(T); -378 кДж Рb_(Т) +0_2(г) =Рb0_2(т); -218 кДж

г) Fe_(т) +Cl_2(г) = FeCl_2(г); -303 кДж 2Fe_(т) + 3Cl_2(г) = 2FeСl_3(т); -664 кДж

Вариант 2.19.

1. Определите теплоту образования оксида меди(II), зная, что при восстановлении 40 г его углем выделяется СО и погло­щается 10,92 кДж.

2. Вычислить ∆H⁰₂₉₈ реакций:

а) 2Li (к.) + 2Н₂0 (ж.) = 2Li⁺ (водн.) + 2ОH^- (водн.) + Н₂ (г.)

б) 2Na (к.) + 2Н₂О (ж.) = 2Nа⁺ (водн.) + 2ОН^- (водн.) + Н₂ (г.)

Стандартные энтальпии образования Li⁺ (водн.), Na⁺ (водн.) и ОН- (водн.) принять соответственно равными -278,5, -239,7 и -228,9 кДж/моль.

3. Теплоты растворения SrCl₂ и SrCl₂·6Н₂О состав­ляют соответственно -47,7 и 31,0 кДж/моль. Вычислить теплоту гидратации SrCl₂.

4. Найдите ∆U при испарении 100 г бензола при тем­пературе его кипения (80,2 °С), приняв, что пары бензола подчиняются законам идеальных газов. Теплота испарения бензола 394 Дж/г. Объемом жидкости пренебречь.

5. Пользуясь справочными данными, показать, что реакция

Сu (к.) + ZnO (к.) = СuО (к.) + Zn (к.) невозможна.

6. Не производя вычислений, указать, для ка­ких из перечисленных процессов изменение энтропии положительно:

а) MgO (к.) + Н₂ (г.) = Mg (к.) + Н₂0 (ж.)

б) С (графит) + СО₂ (г.) = 2СО (г.)

в) СН₃СООН (водн.) = СНзСОО^- (водн.) + Н⁺ (водн.)

г) 4НС1 (г.) + 0₂ (г.) = 2С1₂ (г.) + 2Н₂0 (г.)

д) NH₄NO₃ (к.) = N₂0 (г.) + 2Н₂0 (г.)

7. По приведенным данным рассчитайте темпе­ратуру, при которой равновероятны оба направления реакций.

Реакция ∆Н°,кДж ∆S⁰, Дж/К

а) 2N0₂(г) = N₂0₄(г) -57 -176

б) S0₂(г) + Cl₂(г) = SCl₂О₂(г) -67 -159

8. Окисление сероводорода кислородом возможно по следующим уравнениям: а) H₂S + ½ O₂ =S + H₂O(ж); б) H₂S + 3/2 O₂ =SO₂ + H₂O(ж);

в) H₂S + 2 O₂ =SО₃ + H₂O(ж). Какая из реакций наиболее предпочтительна при комнатной температуре (298 К)?

Вариант 2.20.

1. Вычислите количество теплоты, которое выделяется при сгорании 20 л диборана (н. у.), если ∆H⁰₂₉₈В₂О₃(к) и В₂Н₆(г) соответственно равны -1264 и +31,4 кДж/моль. Целесообразно ли использовать в качестве топлива диборан вместо этана, если стандартная теплота сгорания этана -1559,88 кДж моль?

2. Вычислить значение ∆H⁰₂₉₈ для протекающих в организме реакций превращения глюкозы:

а) C₆H₁₂ O₆ (к.) = 2С₂Н₅ОН (ж.) + 2СО₂ (г.)

б) C₆ H₁₂O₆ (к.) + 6О₂ (г.) = 6С0₂ (г.) + 6Н₂О (ж.)

Какая из этих реакций поставляет организму боль­ше энергии?

3. Энергии диссоциации молекул N₂ и Н₂ соответствен­но равны 9456 и 436 кДж/моль. Вычислить атомарную теплоту образования аммиака и среднюю энергию связи N—Н.

4. Определите ∆H⁰₂₉₈ и ∆U системы 4NH₃ (г) + 30₂ (г) = 2N₂ (г) + 6Н₂0 (ж)

5. Вычислить значения ∆G⁰₂₉₈ следующих реак­ций восстановления оксида железа (II): а) FeO (к.) + ½ С (графит) = Fe (к.) + ½ СО₂ (г.)

б) FeO (к.) + С (графит) = Fe (к.) + СО (г.) в) FeO (к.) + СО (г.) = Fe (к.) + СО₂ (г.)

Протекание какой из этих реакций наиболее ве­роятно?

6. Определить знак изменения энтропии для реакции 2А₂ (г.) + В₂ (г.) = 2А₂В(ж.) Возможно ли протекание этой реакции в стандарт­ных условиях? Ответ обосновать.

7.По приведенным данным рассчитайте темпе­ратуру, при которой равновероятны оба направления реакций.

Реакция ∆Н°,кДж ∆S⁰, Дж/К

а) 2NO(г) + 0₂(г) =2N0₂(г) -116 -147

б) PCl₅(г) = PСl₃(г) +Cl₂(г) +88 +171

8. Указать, какие из реакций образования оксидов азота и при каких температурах (высоких или низких) могут протекать самопроизвольно:

а) 2N₂ (г.) + 0₂ (г.) = 2N₂0 (г.); ∆H⁰₂₉₈ > О

б) N₂ (г.) + 0₂ (г.) = 2NO (г.); ∆H⁰₂₉₈ > О

в) 2NO (г.) + О₂ (г.) = 2NO₂ (к.); ∆H⁰₂₉₈ < О

г) N0 (г.) + N0₂ (г.) = N₂0₃ (к.); ∆H⁰₂₉₈< О д) N₂ (г.) + 20₂ (г.) = 2N0₂ (г.); ∆H⁰₂₉₈ > О

Вариант 2.21.

1. Определите тепловой эффект реакции (∆H⁰₂₉₈)

2Fe + Al₂O₃ = Fe₂O₃ + 2Al,

если на каждые 80 г Fe₂O₃ поглощается 426,5 кДж теплоты.

2. Исходя из теплоты образования воды (ж) и тепло­вого эффекта реакции Н₂0₂ = Н₂О (ж) + ½ О₂; ∆Н⁰ = -97,9 кДж

вычислить теплоту образования Н₂О₂.

3. Вычислить теплоту перехода графита в алмаз, если известно, что теплота образования СО₂ из графита ∆Н⁰ (СО₂, гр) = -393,5 кДж/моль, а из алмаза ∆Н⁰(СО₂, алм) = 395,4 кДж/моль.

4. Изменение внутренней энергии системы Fe(к) + Cl₂ (г) = FeCl₂(к)

равно -334,0 кДж. Определите ∆H⁰₂₉₈ реакции.

5. Рассчитать значения ∆G⁰₂₉₈ следующих реак­ций и установить, в каком направлении они могут протекать самопроизвольно в стандартных условиях при 25 °С:

а) NiO (к.) + Рb (к.) = Ni (к.) + РbО (к.)

б) Рb (к.) + СuО (к.) = РbО (к.) + Сu (к.)

в) 8А1 (к.) + 3Fe₃O₄ (к.) = 9Fe (к.) + 4А1₂О₃ (к.)

6. Реакция горения ацетилена идет по уравнению

С₂Н₂(г) + 5/2 О₂(г) = 2СО₂(г) + Н₂О(ж). Вычислите ∆S⁰₂₉₈ реакции. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

7. По приведенным данным рассчитайте темпе­ратуру, при которой равновероятны оба направления реакций.

Реакция ∆Н°,кДж ∆S⁰, Дж/К

a) СО₂(г) + С(т) = 2СО(т) +173 +176

б) N₂(г) +3H₂(г) = 2NН₃(г) -92 -201

в) СО(г) + Н₂(г) = С(т) + Н₂0(г) -132 -134

8. Смесь серы и графита находится в атмосфере кислорода. Укажите, какая реакция термодинамически предпочтительна: а) С(к) + О₂(г) = СО₂(г);

б) S(к) + О₂(г) =SO₂(г); в) С(к) + 2S(г) = CS₂(г).

Вариант 2.22.

1. При растворении 16 г СаС₂ в воде выделяется 31,З кДж теплоты. Определите тепловой эффект реакции (∆H⁰₂₉₈).

2. Вычислить ∆Н⁰ реакции 4CO + 2SO₂ = S₂ (г) + 4СО₂,

приняв ∆Н⁰(S₂,г) = 129 кДж/моль.

3. Исходя из тепловых эффектов реакций окисления As₂O₃ кисло­родом и озоном

As₂O₃ + O₂ = As₂O₅ ; ∆Н⁰ = -271 кДж,

3As₂0₃ + 2O₃ = 3As₂O₅; ∆Н⁰ = -1096 кДж

вычислить теплоту образования озона из молекулярного кислорода.

4. Охарактеризуйте термодинамические величины, входящие в формулы:

∆G⁰ = ∆H⁰ - T∆S⁰; ∆F⁰ = ∆U⁰ -T∆S⁰; ∆H⁰ = ∆U⁰ +p∆V = ∆U⁰ + ∆nRT. Укажите условия, когда ∆G⁰ = ∆Н⁰, ∆F⁰ = ∆U⁰, ∆G⁰ = ∆F⁰ = 0.

5. Установить, протекание каких из нижесле­дующих реакций возможно в стандартных условиях при 25 °С: a) N₂(г.) + ½ O₂(г.) = N₂0(г.)

б) 4HCl (г.) + О₂ (г.) =2С1₂ (г.) + 2Н₂О (ж.)

в) Fe₂O₃ (к.) + ЗСО (г.) =2Fe (к.) + ЗСО₂ (г.) 6. Определите изменение энтропии в следующих реак­циях:

2C(графит) + Н₂(г) = C₂H₂(г)

А1(к) + Сг₂0₃(к) = Сг+А1₂0₃(к)

2С(графит) + СО₂(г) = 2СО(г)

7. Вычислив ∆G⁰₂₉₈системы РbО₂+Рb=2РbО на основании ∆H⁰₂₉₈ и S⁰₂₉₈ реагирующих веществ; определите, воз­можна ли эта реакция.

8. Решите, можно ли получить карбид кальция по следующим реакциям:

1) Са(к) + СО(г) = СаС₂(к) + О₂(г);

2) Са(к) + СО₂(г) = СаС₂(к) + О₂(г);

3) СаО(к) + С(к) = СаС₂(к) + СО(г);

4) СаО(к) + С(к) = СаС₂(к) + СО₂(г);

5) СаСО₃(к) + С(к) = СаС₂(к) + СО(г).

Вариант 2.23.

1. Тонкоизмельченную смесь алюминия и железной окалины (Fe₃O₄), часто называемую термитом, применяют для сварки металлических изделий, поскольку при поджига­нии термита выделяется большое количество теплоты и раз­вивается высокая температура. Рассчитайте минимальную массу термитной смеси, которую необходимо взять для того, чтобы выделилось 665,3 кДж теплоты в процессе алюмотермии, если теплоты образования Fe₃O₄ и А1₂0₃ равны -1117,1 и -1675,0 кДж/моль соответственно.

2. Вычислить ∆Н⁰ реакций

а) 2С1₂ + 2Н₂О (пар) = 4НС1 (г) + О₂

б) Н₂О (пар) + СО = СО₂ + Н₂

в) СО₂ + С (т) = 2СО

3. Исходя из реакций

КСlO₃ = КС1 + 3/2 0₂; ∆Н⁰ = -49,4 кДж

KC1O₄ = КСl + 2О₂; ∆Н⁰ = 33 кДж

вычислить ∆Н⁰ реакции 4KC1O₃ = 3KC1O₄ + KC1

4. Определите ∆H⁰₂₉₈ и ∆U системы СО₂ + С (т) = 2СО.

5. Укажите, какие из приведенных реакций протекают самопроизвольно и являются экзотермическими:

а) 2Н₂О₂(ж) = 2Н₂О(ж) + О₂(г)

б) 3H₂(г) + N₂(г)  2NH₃(г)

в) N₂0₄(г)  2N0₂(г)

6. Рассчитайте изменение энтропии при плавлении 3 моль уксусной кислоты СН₃СООН, если температура плавления СН₃СООН 16,6 °С, а теплота плавления 194 Дж/г.

7. Определите тепловой эффект реакции

½ N₂ + ½ O₂  NO

используя значения ∆G⁰ ₂₉₈ и S⁰₂₉₈ реагирующих веществ.

8. Взаимодействие карбида кальция с водой может быть описано двумя уравнениями:

1) СаС₂(т) + 2Н₂О(ж) = Са(ОН)₂(к) + С₂Н₂(г);

2) СаС₂(т) + 5Н₂О(ж) = СаСО₃(к) + СО₂(г) + 5 Н₂(г).

Какая из реакций термодинамически более предпочтительна?

Вариант 2.24.

1. Как известно, высокотемпературное пламя ацетиленокислородных горелок широко используется для сварки и резки металлов. Можно ли для аналогичных целей использо­вать пламя метанокислородной горелки? Вычислите в ка­кой из двух указанных типов горелок и во сколько раз выде­лится больше теплоты при сгорании одинаковых объемов ацетилена и метана.

2. Вычислить ∆Н⁰ реакции B₂O₃ + 3Mg = 2B + 3MgO, приняв ∆Н⁰(MgO) = -611 кДж/моль и ∆Н⁰(B₂O₃) = —1406 кДж/моль.

3. Теплоты сгорания бензола (пар) и ацетилена состав­ляют: ∆Н⁰_сгор(С₆Н₆) = -3268 кДж/моль, ∆Н⁰_сгор(С₂Н₂) = -1301 кДж/моль. Вычислить ∆Н⁰ реакции ЗС₂Н₂ = С₆Н₆ (пар)

4. Охарактеризуйте термодинамические величины, входящие в формулы:

∆G⁰ = ∆H⁰ - T∆S⁰; ∆F⁰ = ∆U⁰ -T∆S⁰; ∆H⁰ = ∆U⁰ +p∆V = ∆U⁰ + ∆nRT. Укажите условия, когда ∆G⁰ < 0, ∆G⁰ = 0, ∆G⁰ >0.

5. Рассчитайте ∆G^O₂₉₈ реакции N₂+2H₂O=NH₄NO₂ и сделайте вывод о возможности ее протекания, ∆G^O₂₉₈( NH₄N0₂)= 115,94 кДж/моль.

6. Вычислите изменение энтропии при испарении 250 г воды при 25⁰С, если молярная теплота испарения воды при этой температуре равна 44,08 кДж/моль.

7. Вычислить ∆G⁰₂₉₈ для реакций на основании значений ∆H⁰₂₉₈ и S⁰₂₉₈:

ВеО (к) + СО₂ (г) = ВеСОз (к);

СаО (к) + СО₂ (г) = СаСОз (к);

MgO(к)+C0₂(г)=MgC0₃(к);

8. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: СаО, FeO, CuO, PbO, Fe₂O₃, Cr₂O₃?

Вариант 2.25.

1. Сколько теплоты выделится при восстановлении 24 г оксида меди (II) водородом с образованием жидкой воды? ∆H(H₂O_ж) = -286 кДж/моль, ∆H(CuO) = -157,5 кДж/моль.

2. Исходя из реакции SiO₂ + 2Mg = 2MgO + Si; ∆Н⁰ = -372 кДж

вычислить ∆Н⁰(SiO₂), приняв ∆Н⁰(MgO) = -611 кДж/моль.

3. Исходя из ∆H⁰₂₉₈ образования H₂O (г.) и следующих данных

FeO (к.) + СО (г.) = Fe (к.) + СО₂ (г.); ∆H⁰₂₉₈ = - 18,2 кДж 2СО (г.) + 0₂ = 2С0₂ (г.); ∆H⁰₂₉₈ = - 566,0 кДж

вычислить ∆H⁰₂₉₈ реакции

FeO (к.) + Н₂ (г.) = Fe (к.) + Н₂О (г.) Ответ: 23,0 кДж.

4. Определите ∆H⁰₂₉₈ и ∆U системы СаО(к) +СО₂(г) =СаС0₃(к).

5. Могут ли приведенные ниже реакции протекать самопроизвольно при стандартных условиях:

а) С+О₂ = СО₂

б) 2NH₄NO₃ = 4H₂O + O₂+2N₂

в) N₂ + 0₂=2NO

6. Какой физический смысл имеет энтропия с точ­ки зрения молекулярной теории строения веществ? Как изменяется энтропия веществ с изменением температуры? Чему равна энтропия веществ при абсолютном нуле? В каких единицах измеряется энтропия?

7. Указать знаки ∆H, ∆S и ∆G для следующих процессов: а) расширение идеального газа в вакуум; б) испарение воды при 100°С и парциальном давлении паров воды 101,325 кПа (760 мм рт. ст.); в) кристаллизация переохлажденной воды.

8. Можно ли применять металлические алюминий, цинк, железо или медь для восстановления магния из его оксида? Подтвердите ответ расчетом ∆G соответствующих реакций.

Вариант 2.26.

1. Сколько теплоты выделится при сжигании 20л этилена, взятого при н. у., если теплоты образования СО₂, Н₂0 (ж.) и С₂ Н₄ (г.) равны -393,5, -286,2 и 57,12 кДж/моль соответ­ственно?

2. Исходя из реакции MnO₂ + 2C = Mn + 2CO; ∆Н⁰ = 293 кДж

вычислить ∆Н⁰(MnO₂).

3. Вычислить ∆H⁰₂₉₈ образования MgCO₃ (к.) при 298 К, пользуясь следующими данными:

С (графит) + О_а (г.) = СО₂ (г.); ∆H⁰₂₉₈ = - 393,5 кДж

2Mg (к.) + О₂ = 2MgO (к.); ∆H⁰₂₉₈ = - 1203,6 кДж

MgO (к.) + С0₂ (г.) = MgC0₃ (к.); ∆H⁰₂₉₈ = - 117,7 кДж

Ответ: -1113 кДж/моль.

4. Установите, к какому типу термодинамических систем относятся следующие системы: а) термос со льдом;

б) грелка с горячей водой;

в) пробирка, в которой протекает реакция

Na₂CO₃(т) + H₂SO₄(ж) = 2NaHSO₄(т) + CO₂(г) + H₂O(г);

г) запаянная ампула с аргоном;

д) стеклянный сосуд, в котором протекает реакция нейтрализации

Н⁺_(р) + ОН^-_(р) = Н₂О_(ж), ∆Н = -55,84 кДж.

5. Рассчитайте ∆G^O₂₉₈ следующих реакций:

а) CuO + H₂ = Cu + H₂O

б) ZnS + O₂ = ZnO + SO₂

в) СН₄ + 2О₂ = 2Н₂О(ж) + СО₂

Определите, могут ли эти реакции протекать самопроиз­вольно при стандартных условиях?

6. Предскажите знак изменения энтропии (>0, <0, =0) в следующих реакциях (проверьте предположения расчетом): а) Hg(ж) = Hg(г),

б) Na(т) = Na(ж), в) J₂(г) = J₂(т), г) С(графит) = С(алмаз), д)Br₂(г) = Br₂(ж), e) S(ромб. ) = S(г).

7. На основании значений ∆H⁰₂₉₈ и S⁰₂₉₈ вычислить ∆G⁰₂₉₈ образования газообразных веществ:

а) HF, HС1, HBr, HI;

б) Н₂О, H₂S, H₂Se, H₂Te;

в) NH₃, РН₃.

8. Укажите, какие хлориды цинка, меди, железа и алюминия могут быть получены при непосредственном взаимодействии простых веществ, и какие – при действии хлороводорода на металл.

Попытайтесь объяснить причины необходимости использования различных методов при синтезе хлоридов.

Вариант 2.27.

1. Сколько теплоты выделится при сгорании 112л оксида углерода (II)?

2. Вычислить ∆Н⁰(СаС₂), исходя из ∆Н⁰(СаО), ∆Н⁰(СО) и теплового эффекта реакции СаО + ЗС=СаС₂ + СО; ∆Н⁰ = 460 кДж.

3. Найти массу метана, при полном сгорании которой с образованием жидкой воды выделяется теплота, достаточная для нагревания 100 г воды от 20 до 30^СС. Мольную теплоемкость воды принять рав­ной 75,3 Дж/(моль·К).

4. Что называется изменением внутренней энергии? Какое изменение внутренней энергии системы принято считать положительным?

Что является мерой изменения внутренней энергии системы при изобарных (изохорных) процессах и отсутствии других видов работы, кроме работы расширения?

5. Рассчитайте ∆G^O₂₉₈ следующих реакций:

а) SO₂+2H₂ = 3S+2H₂O

б) 4НС1 + О₂ = 2С1₂ + 2Н₂О(ж)

Определите, могут ли эти реакции протекать самопроиз­вольно при стандартных условиях?

6. Вычислить изменение стандартной энтропии ∆S⁰₂₉₈ для реакций:

а) СО(г) + ½ 0₂(г)=СО₂(г);

б) С(графит) + О₂(г) = СО₂(г).

Как можно объяснить значительное различие в изменении энтропии для реакций а) и б)?

7. В каком направлении нижеприведенная реакция будет протекать самопроизвольно:

Fе₂О₃(к) + ЗН₂(г) = Fе(к)+ЗН₂О(г)

Необходимые для расчета ∆G⁰₂₉₈ реакции значения∆H⁰₂₉₈ и S⁰₂₉₈ реагирующих веществ см. в табл. приложения.

8. Как изменяются основные свойства оксидов элементов II-А группы? Ответ подтвердите расчетом ∆G^O₂₉₈ реакций взаимодействия оксидов металлов с диоксидом углерода (IV)

ЭО (к) + СО₂ (г) = ЭСО₃ (к)

Вариант 2.28.

1. При соединении 21 г железа с серой выделилось 36,54 кДж. Вычислите теплоту образования сульфида железа.

2. Вычислить ∆Н⁰ реакции обжига FeS₂

4FeS₂+llO₂ = 2Fe₂O₃+8SO₂

приняв, что ∆Н⁰(FeS₂) = -177 кДж/моль; ∆Н⁰(SO₂) = -296,9 кДж/моль и ∆Н⁰(Fe₂O₃) = - 821,3 кДж/моль.

3. Определить ∆H⁰₂₉₈ образования этилена, используя следующие данные:

С₂Н₄(г.) + 30₂ (г.) = 2С0₂ (г.) + 2Н₂0 (г.); ∆H⁰ = - 1323 кДж

С (графит) + О₂ (г.) = СО₂ (г.); ∆H⁰= - 393,5 кДж

Н₂ (г.) + V₂O₂ (г.) = Н₂О (г.); ∆H⁰= - 241,8 кДж

4. Найти изменение внутренней энергии при паро­образовании 1 кг воды в изобарных условиях при Т = 100°С, если ∆H⁰₃₇₃ парообразования равно 40,66 кДж/моль.

5. Какая из приведенных ниже реакций характеризуется минимальным значением ∆G^O₂₉₈:

4NH₃ (г) + 30₂ (г) = 2N₂ (г) + 6Н₂О (г)

4NН₃ (г) + 5О₂ (г) = 4NO (г) + 6Н₂О (г)

Ответ подтвердите, рассчитав ∆G^O₂₉₈ реакций.

6. Предскажите знак изменения энтропии в следующих реакциях (проверьте предположения расчетом):

СаО(к) +СО₂(г) =СаС0₃(к);

4Fе(к)+30₂(г)=2Fе₂0₃(к);

N₂0₄(г)=2N0₂(г);

N₂(г) + 0₂(г)=2NO(г).

7. Вычислите ∆H⁰₂₉₈Na₂O₂ (к), если ∆G⁰₂₉₈ и S⁰₂₉₈Na₂O₂ соответственно равны -447,2 кДж/моль и 93,3 Дж/(моль·К). Значения S⁰₂₉₈ кристаллического натрия и молекулярного кислорода см. в табл.

8. При какой температуре установится равновесие в системе

4НСl(г) + О₂(г)  2H₂O(г) + 2Сl₂(г); ∆Н = -114,42 кДж?

Хлор или кислород является в этой системе более сильным окислителем и при какой температуре?

Вариант 2.29.

1. При восстановлении 12,7 г оксида меди(II) углем (с образованием СО) поглощается 8,24 кДж. Определить ∆Н⁰₂₉₈ образования СuО.

2. Вычислить ∆Н⁰ реакции 2Mg + CO₂ = 2MgO + C

если ∆Н⁰(MgO) = -611 кДж/моль.

3. Исходя из теплот диссоциации Н₂(436 кДж/моль) и О₂ (498 кДж/моль) и теплоты образования Н₂О (ж) вычислить атомарную теплоту образования воды и среднюю энергию связи Н—О.

4. Какой физический смысл имеет функция со­стояния системы — внутренняя энергия системы? Можно ли величину внутренней энергии измерить не­посредственно опытным путем?

5. Укажите, какая из двух реакций будет протекать самопроизвольно:

а) Fе(к) + А1₂О₃(к) = А1(к)+Fе₂0₃(к)

б) А1(к) + Fе₂Оз(к) = Fе(к) + А1₂О₃(к)

6. Предскажите знак изменения энтропии в следующих реакциях (проверьте предположения расчетом):

2Н₂(г)+0₂(г)=2Н₂0(г);

2Н₂(г)+0₂(г)=2Н₂0(ж);

N₂(г)+3H₂(г)=2NH₃(г);

СаО(к) +СО₂(г) =СаС0₃(к).

7. На основании значений ∆H⁰₂₉₈ и S⁰₂₉₈ реагирующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ для следующих процессов:

а) S0₂(г) + ½ 0₂(г)  2S0₃(г)

б) СО (г) + Н₂0 (г)  С0₂ (г) + Н_а (г)

в) H₂(г) + ½ 0₂(г)  H₂0(г)

Укажите, в каком направлении эти реакции будут про­текать, приближаясь к равновесию.

8. Вычислите значения ∆H⁰₂₉₈ , ∆S⁰₂₉₈, ∆G⁰₂₉₈ для процесса

МеСО₃ (к) = МеО (к) + СО₂ (г)

и составьте ряд термической стабильности карбонатов MgCO₃, ВаСО₃, СаСО₃. Как влияет на течение этих про­цессов температура?

Вариант 2.30.

1. Сожжены с образованием Н₂0(г.) равные объемы водорода и ацетилена, взятые при одинако­вых условиях. В каком случае выделится больше теплоты? Во сколько раз?

2. Вычислить ∆Н⁰ реакции восстановления оксида цинка углем с образованием СО, если ∆Н⁰(ZnO) = -348 кДж/моль.

3. Энергии диссоциации Н₂, С1₂ и теплота образования НС1 соответственно составляют 436, 243 и -92 кДж/моль. Вычислить атомарную теплоту образования НС1 и энер­гию связи Н-С1.

4. Когда изменение энтальпии ∆Н может служить критерием самопроизвольного процесса? Какой знак имеет ∆Н в этом случае?

5. Рассчитайте ∆G⁰₂₉₈ реакций и укажите их направление:

NH₃(г) + HCl(г) = NH₄Cl(к),

NH₃(г) + О₂(г) = N₂(г) + Н₂О(г).

6. Вычислить изменение стандартной энтропии ∆S⁰₂₉₈ для реакций:

а) Н₂(г) + Вг₂(г)=2НВг(г);

б) Н₂(г)+Вг₂(ж)=2НВг(г);

Как можно объяснить значительное различие в изменении энтропии для реакций а) и б)?

7. Вычислить ∆G⁰ для реакции СаСОз(к.) = СаО(к.) + СО₂(г.)

при 25, 500 и 1500°С. Зависимостью ∆H, ∆S от температуры пренебречь.

8. Какой из металлов: Mg, Ca, Zn или Cu – способен реагировать с водой? Составьте уравнения реакций, учитывая, что образуются гидроксиды и выделяется водород. Рассчитайте ∆G⁰₂₉₈ реакций.