Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Дифференциальное и интегральное исчисление http://fislac.ru/

Начертательная геометрия
Инженерная графика
Машиностроительное черчение
Химия
Современная теория строения атомов и молекул
Закон эквивалентов
Рассчитайте мольную массу
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Окислительно-восстановительные реакции
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ЭЛЕКТРОЛИЗ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Полимеры
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Пример решения задачи № 2
Гидромеханические методы
Теплопередача
Расчет коэффициента теплопередачи
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики
Электролитическая диссоциация
Электролитическая диссоциация
Дисперсные системы
Растворы неэлектролитов
Степень окисления
Электрохимические процессы

Примеры решения задач

Пример 1. Рассчитайте тепловой эффект реакции образования оксида железа (III) из простых веществ при стандартных условиях и стандартную энтальпию образования оксида железа (III), используя следующие термохимические уравнения:

2 Fe(т) + O2 (г) = 2FeO(т) , ∆H01 = - 527,4 кДж (а)

4FeO(т)  + O2(г) = 2Fe2O3(т) , ∆H02 = -587,9 кДж (б)

Р е ш е н и е. 1) Записываем термохимическое уравнение образования оксида железа (III) из простых веществ:

4 Fe (т) + 3O2(г) = 2Fe2O3(т) , ∆H03 = ? , (в)

 где ∆H03  – тепловой эффект этой реакции.

2) Для расчета ∆H03 необходимо провести такую комбинацию уравнений (а) и (б), которая позволит получить уравнение реакции (в). На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать также, как с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (а) умножить на 2, а затем суммировать с уравнением (б): 4Fe + 2O2 + 4FeO + O2 = 4FeO + 2Fe2O3

 4Fe + 3O2 = 2 Fe2O3

3) Тепловые эффекты реакции являются составной частью термохимических уравнений, поэтому с ними проведем аналогичные преобразования:
2∙∆H01 + ∆H02 = ∆H03

4)  Рассчитываем ∆H03 – тепловой эффект реакции (в):

∆H03 = 2×(–527,4)  + (–587,9) = –1054,8 – 587,9 = – 1642,7 кДж.

5) Определяем стандартную  энтальпию образования Fe2O3 (∆H0f, 298).

Согласно уравнению (в) в результате реакции образуются 2 моль Fe2O3, поэтому

∆H0f, 298 (Fe2O3) = ∆H03 /2 = – 1642,7 / 2 = – 821,35 кДж/моль.

Правильность расчета проверяем, сравнивая полученное значение со справочными данными табл. 2.

Пример 2. Определите возможность самопроизвольного протекания реакции восстановления оксида хрома (III) углеродом при 298К и 1500К.

Р е ш е н и е. 1) Записываем уравнение этой реакции с указанием агрегатного состояния реагирующих веществ: Cr2O3 (т) +3C(т) = 2Cr(т) + 3CO(г)

2) Согласно условию задачи необходимо ответить на вопрос: будет ли данная реакция протекать в прямом направлении? Критерием направленности химической реакции является изменение энергии Гиббса, а условием самопроизвольного протекания реакции в прямом направлении является соотношение ∆G < 0. Поэтому для решения задачи необходимо определить величину ∆G.

3) Определяем, будет ли данная реакция осуществляться при Т=298К, отвечающей стандартным условиям. Рассчитываем ∆G по уравнению (6), которое для данной реакции имеет вид:

∆G0298 = (2×∆G0f, 298Cr + 3×∆G0f, 298 CO) – (∆G0f, 298 Cr2O3 + 3×∆G0f, 298C)

Для расчета используем значения ∆G0f, 298 приведенные в табл.2

Так как ∆G0f, 298 простых веществ Cr и С равны нулю, то уравнение упрощается:

∆G0298 = 3 моль×(-137,3 кДж/моль) – 1 моль×(-1046,8 кДж/моль)=
=-411,9 кДж + 1046,8 кДж = 634,9 кДж.

Вывод: ∆G0298 > 0, поэтому в стандартных условиях невозможно самопроизвольное протекание процесса в прямом направлении, т.е. при 298К невозможно восстановить Cr2O3 до Cr.

4) Выясняем, возможна ли данная реакция при 1500К. В условиях, отличающихся от стандартных, расчет величины ∆G0Т осуществляется по уравнению (7):
∆GТ = ∆H0298 – T×∆S0298. Рассчитаем тепловой эффект химической реакции при стандартных условиях, используя уравнение (3) и значения ×∆H0f, 298 из табл.2.

∆H0298 = (2×∆H0f, 298 Cr + 3×∆H0f, 298 CO) – (∆H0f, 298 Cr2O3 + 3∙∆H0f, 298 С).

Но ∆H0f, 298 Cr = 0 и ∆H0f, 298 С = 0, поэтому имеем

∆H0298 = 3∙∆H0f, 298 CO – ∆H0f, 298 Cr2O3,

∆H0298 = 3 моль×(–110,5 кДж/моль) – 1 моль∙(–1141,0 кДж/моль) = 331,5 кДж + 1141,0 кДж = 809,5 кДж , ∆H0298 > 0, значит реакция эндотермическая.

Определим изменение энтропии реакции при стандартных условиях. Для расчета используем уравнение (4) и значения S0 298 из табл.2.

∆S0298 = (2×S0 298 Cr + 3×S0 298 CO) – (S0 298 Cr2O3 + 3×S0 298 С),

∆S0298 = (2 моль×23,8 Дж/моль∙К + 3 моль×197,4 Дж/моль∙К) – (1 моль
×81,1 Дж/моль∙К + 3 моль×5,7 Дж/моль∙К) = 639,8 – 98,2 = 541,6   Дж/К.

∆S0298 > 0, т. е. реакция сопровождается увеличением энтропии.

Рассчитаем энергию Гиббса химической реакции при Т = 1500К, т.е. величину ∆G1500: ∆G1500 = ∆H0298 – 1500×∆S0298 ,

∆G1500 = 809,5 кДж – 1500К×541,6 Дж/К = 809,5 кДж – 1500×541,6 Дж.

Как видно, члены этого уравнения имеют разную размерность, поэтому приводим их к одной размерности 1 Дж = 1∙10-3 кДж и тогда имеем

∆G1500 = 809,5 – 1500×541,6/1000 = 809,5 – 812,4 = –2,9 кДж.

Вывод: ∆G1500 < 0, значит при 1500К данная реакция протекает самопроизвольно, и при этих условиях можно получить металлический хром.

Таблица 2

Термодинамические величины некоторых веществ в стандартных условиях:

∆H0f, 298 кДж/моль, S0 298 Дж/моль∙К, ∆G0f, 298 кДж/моль.

Вещество

∆H0f 298

S0 298

∆G0f, 298 

Вещество

∆H0f, 298

S0 298

∆G0f, 298 

Al (т)

0

+23,3

0

HCl(г)

-92,3

+187,6

-95,3

Al2O3(т)

-1375,0

+50,9

-1576,4

H2S(г)

-20,2

+205,6

-33,0

Al2(SO4)3(т)

-3434,0

+239,2

-3091,9

H2Se(г)

+86,0

+221,0

+71,0

C(т)

0

+5,7

0

H2Te(г)

+154,0

+234,0

+138,0

CO(г)

-110,5

+197,4

-137,3

Mg(т)

0

+32,0

0

CO2(г)

-393,0

+214,0

-394,0

MgO(т)

-601,2

+26,9

-569,6

Cl2(г)

0

+223,0

0

MgCO3(т)

-1096

+65,7

-1029

CaO(т)

-635,1

+29,7

-604,2

MgCl2(т)

-641,7

+89,7

-592,2

Ca(OH)2(т)

-966,2

+83,4

-896,8

N2(г)

0

+191,5

0

CaCO3(т)

-1206,0

+92,3

-1128,8

NH3(г)

-46,2

+192,5

-16,6

Cr(т)

0

+23,8

0

NO(г)

+90,4

+210,6

+86,7

Cr2O3(т)

-1141,0

+81,1

-1046,8

NO2(г)

+33,9

+240,5

+51,8

Cu(т)

0

+33,0

0

NH4Сl(т)

-315,4

+94,5

-343,6

CuO(т)

-156,0

+43,0

-127,0

O2(г)

0

+205,0

0

Fe(т)

0

+27,2

0

SO2(г)

-296,9

+248,1

-300,4

Fe2O3(т)

-821,3

+90,0

-741,0

SO3(г)

-395,2

+256,2

-370,4

H2(г)

0

+130,6

0

S(т)

0

+31,9

0

H2O(г)

-241,8

+188,7

-228,8

Ti(т)

0

+31,0

0

H2O(ж)

-285,8

+70,0

-237,5

TiCl4(г)

-759,0

+353,1

-714,0

Химия. Примеры решения задач контрольной работы