§ 4.2. Задачи для самостоятельного решения
4.2.1. Энергетика химических превращений
216. Приведите пример термохимического уравнения.
217. При стандартных условиях теплота сгорания водорода в кислороде равна 286,2 кДж/моль, а теплота сгорания водорода в озоне равна 333,9 кДж/моль. Чему равна теплота образования озона из кислорода при стандартных условиях?
218. 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?
219. При стандартных условиях теплота полного бромирования белого фосфора равна 229,1 кДж/моль, а теплота бромирования красного фосфора равна 212,3 кДж/моль. Чему равна теплота превращения красного фосфора в белый при стандартных условиях?
220. При сгорании 2 моль этилена в кислороде выделилось 2822 кДж теплоты. Определите теплоту образования этилена, если стандартные теплоты образования CO2 и H2O равны 393 кДж/моль и 286 кДж/моль, соответственно.
221. Даны три уравнения химических реакций:
H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(ж) + 68,3 ккал.
CaO(тв) + H2O(ж) = Ca2+(водн) + 2OH–(водн) + 19,5 ккал,
Ca(тв) + 2H2O(ж) = Ca2+(водн) + 2OH–(водн) + H2(г) + 109 ккал.
Определите тепловой эффект реакции
Ca(тв) + 1/2 O2(г) = CaO(тв) + Q.
222. Как известно, высокотемпературное пламя ацетилено-кислородных горелок широко используется для сварки и резки металлов. Можно ли для аналогичных целей использовать пламя метано-кислородной горелки? Рассчитайте, в какой из двух указанных типов горелок и во сколько раз выделится больше теплоты при сгорании одинаковых объемов ацетилена и метана. Теплоты образования CH4, C2H2, CO2 и H2O равны +75, –230, +393, +286 кДж/моль, соответственно.
223. Тонко измельченную 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 Al2O3 равны 1117 кДж/моль и 1670 кДж/моль, соответственно.
224. При сжигании паров этанола в кислороде выделилось 494,2 кДж теплоты, и осталось 19,7 л непрореагировавшего кислорода (измерено при давлении 101,3 кПа и температуре 27 C). Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси, если известно, что теплоты образования оксида углерода (IV), паров воды и паров этанола составляют 393,5 кДж/ /моль, 241,8 кДж/моль и 277,0 кДж/моль, соответственно.
225. Два вещества имеют молярные массы M1 и M2 (M1 > M2) и молярные теплоты сгорания Q1 и Q2 (Q1 > Q2), соответственно. Изобразите графически зависимость теплоты сгорания одного моля смеси этих веществ от а) мольной доли первого вещества, б) массовой доли первого вещества.
226. 48 г минерала, содержащего 46,7% железа и 53,3% серы по массе, сожгли в избытке кислорода, а твердый продукт сгорания прокалили с 18,1 г алюминия. Какое количество теплоты выделилось в результате каждого из этих процессов, если известно, что реакции проводились при постоянной температуре, а теплоты образования при данной температуре равны: сульфид железа 174 кДж/моль, оксид железа (III) 824 кДж/моль, оксид серы (IV) 297 кДж/моль, оксид алюминия 1675 кДж/моль?
227. Определите теплоту образования XeF4 из простых веществ, если известно, что энергия связи Xe–F в этом соединении равна 130 кДж/моль, а энергия связи F–F равна 158 кДж/моль.
228. Непредельный углеводород норборнадиен при освещении изомеризуется в предельный углеводород квадрициклан, а при действии катализатора протекает обратная реакция:
.
Эта реакция может быть использована в фотохимических аккумуляторах солнечной энергии.
При полном сгорании 1,00 г норборнадиена и квадрициклана выделяется, соответственно, 39,8 и 41,9 кДж теплоты.
1) Напишите уравнение реакций сгорания.
2) Определите мольные теплоты образования данных углеводородов, если теплоты образования углекислого газа и воды равны 393,5 и 285,8 кДж/моль, соответственно.
3) Какова минимальная длина волны света, который может вызвать превращение норборнадиена в квадрициклан? Постоянная Планка h = 6,6210-34 Джс, скорость света c = 3108 м/с.