Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Математика http://infsis.ru/ Тройные интегралы

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

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Введение

 Науку о взаимных превращениях различных видов энергии называют термодинамикой.

 При химических реакциях происходят глубокие качественные и количественные изменения в системах: рвутся связи в исходных веществах, возникают новые связи в конечных продуктах. Эти изменения сопровождаются поглощением или выделением энергии. В большинстве случаев этой энергией является теплота.

 Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называют термохимией. Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты, называют экзотермическими, а поглощением теплоты - эндотермическими.

  С помощью энергетики химических процессов решают многие научные и технологические задачи, например, определения:

 - условий протекания реакций;

  - энергий кристаллических решёток;

 - теплот и температур сгорания;

  - теплотворной способности веществ;

 - термической устойчивости веществ

  - и др. 

 При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии, как проявление более общего закона природы – закона сохранения материи. Согласно первому закону химической термодинамики теплота Q, поглощённая системой, идет на изменения ее внутренней энергии ΔU и на совершение работы A:

 Q = ΔU + A

Внутренняя энергия системы U – это общий ее запас, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов, внутриядерную энергию и т.д. Внутренняя энергия – полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространстве, и без кинетической энергии системы как целого. Абсолютное значение внутренней энергии U веществ не известно, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии. Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, является функцией состояния, то есть ее изменение определяется начальным и конечным состояниями системы:

 ΔU = U2 – U1

 А – работа против внешнего давления, в первом приближении А = PΔV, где ΔV – изменение объема системы: ΔV = V2 – V1

 Большинство химических реакций протекают в изобарно- изотермических условиях: Р = Const и T = Const, поэтому:

 QP,T = ΔU + PΔV; QP,T = (U2 – U1) + p (V2 – V1),

 QP,T = (U2 + pV2) – (U1 +  pV1), где U + pV обозначим через Н

 Величину Н называют энтальпией. Таким образом, теплота QP,T при Р = const и

Т = const приобретает свойство функции состояния: ее изменение не зависит от пути, по которому протекает процесс. Отсюда QP,T реакции в изобарно-изотермическом процессе равна изменению энтальпии системы ΔН (если единственным видом работы является работа расширения):

  Qp,Т = ΔН 

 Энтальпия, как и внутренняя энергия, является функцией состояния: ее изменение ΔН определяется только начальным и конечным состояниями системы и не зависит от пути перехода.

 Теплота химического процесса в изобарно-изотермических условиях называется тепловым эффектам химической реакции. 

 Термохимические расчеты основаны на законе Г.И. Гесса (1840 г.): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.

 Часто в термохимических расчетах применяют следствие закона Г.И. Гесса: тепловой эффект реакции (ΔНх.р.) равен сумме теплот образования ΔНобр. продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции:

 ΔНх.р. = Σ ΔНпрод. - Σ ΔНисх в-в.

Примеры решения задач

 Пример 1. Реакция горения жидкого этилового спирта выражается термохимическим уравнением:

C2H5OH(ж) + O2(г) = 2CO2(г) + 3H2O(ж); ΔH = ?

 Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная теплота парообразования C2H5OH(ж) равна +42,36 кДж, а теплоты образования C2H5OH(г), CO2(г) и H2O(ж) соответственно равны, кДж/моль: -235,31; -393,51 и -285,84. 

 Решение. Для определения ΔH реакции необходимо знать теплоту образования C2H5OH(ж), находим ее из данных:

C2H5OH(ж) D C2H5OH(г); ΔH = +42,36 кДж

Из фазового перехода определим теплоту образования жидкого C2H5OH (ж):

+42,36 = -235,31 – ΔH C2H5OH(ж);

 ΔH C2H5OH(ж) = -235,31 – 42,36 = -277,67 кДж

 Вычислим ΔH реакции, применяя следствие из закона Г.И. Гесса:

ΔHoх.р = 2 ΔHoCO2(г) + 3 ΔH oH2O(ж) – ΔHo C2H5OH(ж)

  ΔHoх.р. = 2(-393,51) + 3(-285,84) - ( - 277,67) = -1366,87 кДж.

 Вывод: реакция горения жидкого этилового спирта протекает с выделением большого количества тепла -1366,87 кДж.

Контрольные задания

 Для решения задач нужно использовать справочный материал по дисциплинам «Химия» и «Коррозия металлов» для студентов первого курса всех специальностей и форм обучения, № 1639, авторов Васильченко Л.М., Сеницкой Г.Б., Халиковой А.В. и Сотовой Н.В. 

81. Определите тепловой эффект реакции разложения 1 моля бертолетовой соли КСlО3(к) , протекающей по уравнению:

2КСlО3(к) = 2КСl(к) + 3О2(г).

Напишите термохимическое уравнение. Определите, сколько тепла выделится при разложении 100 г бертолетовой соли. Какая из солей KCl или KClO3 более термически стойкая?

 Ответы: - 44,7 кДж, - 36,5 кДж

82. Вычислите тепловой эффект реакции спиртового брожения глюкозы (под действием ферментов), если известны теплоты образования C6H12O6 (к), C2H5OH (ж) соответственно, кДж /моль: - 1273,0; -277,6: 

С6Н12О6(к) = 2 С2Н5ОН(ж) + 2СО2(г)

Напишите термохимическое уравнение. Сколько выделится тепла при брожении 1кг глюкозы?

 Ответы: -69,22 кДж; -384,55 кДж. 

83. Реакция горения аммиака выражается уравнением: 

4 NН3 (г) + 5О2(г) = 4 NО (г) + 6Н2О(г).

Вычислите тепловой эффект реакции в пересчете на 1 моль NН3 (г). Напишите термохимическое уравнение горения аммиака.

Ответ: -226,2 кДж

84. Рассчитайте энтальпию образования жидкого сероуглерода CS2 по следующим данным:

Sмонокл. + О2(г) = SО2(г); DН = -296,9 кДж;

СS2(ж) + 3О2(г) = СО2(г) + 2SО2(г); DН = -1076,43 кДж;

С(граф.) + О2(г) = СО2(г); DН = -393,5 кДж.

Ответ: +89,12 кДж · моль-1.

85. Определите тепловой эффект химической реакции

 Al2O3 (к) + SO3 (г) = Al2 (SO4)3 (к) ,

зная при стандартных условиях теплоты образования Al2O3 (к), SO3 (г) и Al2(SO4)3 (к) соответственно, кДж·моль-1: -1676,0; -395,8 и -3441,2. Сколько тепла выделится, если в реакции участвует 0,25 моль Al2O3 (к)?

 Ответы: -1370 кДж; -342,5 кДж 

86. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:

FeO (к) + CO (г) = Fe (к) + CО2 (г); DH = -18,20 кДж; 

СO (г) + 1/2O2 (г) = СO2 (г) DН = -283,0 кДж;

H2 (г) + ½ O2 (г) = H2O (г) DН = -241,83 кДж.

Ответ: + 23 кДж

87. Растворение моля безводной соды Na2CO3 в достаточно большом количестве воды сопровождается выделением 25,10 кДж теплоты, тогда как при растворении кристаллогидрата Na2CO3×10Н2О поглощается 66,94 кДж теплоты. Составьте термохимические уравнения процессов гидратации и растворения гидратированной соли. Вычислите теплоту гидратации Na2CO3.

  Ответ: -91,04 кДж. 

88. Тепловой эффект реакции восстановления оксида вольфрама WO3(к) водородом, приводящий к образованию вольфрама и паров воды, равен +117,2 кДж. Вычислите теплоту образования оксида вольфрама. Сколько нужно затратить тепла для получения 500 г вольфрама?

 Ответы: -842,7 кДж · моль-1; + 318,82 кДж.

89. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:

4NH3(г) + 3О2(г) = 2N2(г) + 6H2О(ж); DН = -1530,0 кДж.

Вычислите теплоту образования аммиака NH3(г).Сколько тепла выделяется при сгорании 10 молей NH3(г)?

  Ответы: -46,2 кДж · моль-1 ; – 3825 кДж.

90. При получении одного грамм-эквивалента гидроксида кальция из CaO(к) и Н2О(ж) выделяется 32,75 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция.

Ответ: - 635, 5 кДж.

91. Вычислите теплоту образования карбида кальция СаС2, исходя из теплового эффекта реакции:

 СаО(т) + 3С(т) = СаС2(т) + СО(г) +462,2кДж

и стандартных энтальпий образования СаО и СО. Сколько нужно затратить тепла для получения 100 кг СаС2(т)?

 Ответы: – 62,8 кДж · моль-1; +7,22 · 105кДж.

92. Вычислите тепловой эффект реакции горения толуола С7Н8(ж):

С7Н8(ж) + 9О2(г) = 7 СО2(г) + 4Н2О(г)

Напишите термохимическое уравнение. Сколько тепла выделится при сгорании 200 г толуола?

 Ответ: -3771,9 кДж; - 8199,8 кДж.

93. Используя энтальпии образования веществ, определите DН0 химической реакции:

2Mg(к) + СО2(г) = 2MgО(к) + Сграфит.

Сколько образуется графита, если в реакцию вступит 100 г Mg и сколько выделится тепла при этом?

 Ответы: – 810,1 кДж; 25 г; - 1687,5 кДж.

94. Реакция окисления этилового спирта выражается уравнением:

С2Н5ОН(ж) + 3,0 О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж) .

Определить теплоту образования С2Н5ОН(ж) , зная DН х.р. = - 1366,87 кДж. Напишите термохимическое уравнение. Определите мольную теплоту парообразования С2Н5ОН(ж) ® С2Н5ОН(г), если известна теплота образования С2Н5ОН(г), равная –235,31 кДж · моль-1.

Ответы: - 277,67 кДж · моль-1 ;  +42,36 кДж · моль-1

95. Рассчитайте, сколько тепла выделится при гашении 50 кг 80%-ной негашеной извести, если теплота гашения на 1 моль СаО составляет - 65 кДж/моль. Определите теплоту образования гашеной извести.

 Ответы: -4,64 · 104 кДж; -986,6 кДж · моль-1 .

96. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

С6Н6(ж) + 7½ О2(г) = 6СО2(г) + 3Н2О(г) – 3135,6 кДж.

Вычислите теплоту образования жидкого бензола. Определите теплотворную способность жидкого бензола при условии, что стандартные условия совпадают с нормальными. 

Ответы: 49,1 кДж · моль-1; -1,4 ·10 5 кДж. 

97. Определите тепловой эффект сгорания природного газа, протекающего по уравнению:

  СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г),

 Сколько тепла выделится при сгорании 1 м3 газа? Расчет проведите с допущением, что стандартные условия течения реакции совпадают с нормальными условиями.

Ответы: - 802,3 кДж; - 35817 кДж.

98. Определите тепловой эффект сгорания жидкого сероуглерода CS2(ж) до образования газообразных СО2 и SO2. Сколько молей CS2 вступят в реакцию, если выделится 700 кДж тепла?

 Ответы: -1076,43 кДж; 0,6 моль.

 99. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления Fe2O3 металлическим алюминием. Напишите термохимическое уравнение. Сколько выделяется тепла, если в реакцию вступают 8 молей Fe2O3 и сколько молей железа образуется при этом?

Ответы: -853,84 кДж;- 6830,7 кДж; 16 моль. 

100. На восстановление 14 г диоксида кремния SiO2 (к) углеродом, в результате которого образуются кремний и оксид углерода СО(г), требуется 148,7 кДж теплоты. Рассчитайте тепловой эффект реакции и напишите термохимическое уравнение. Вычислите теплоту образования SiO2.

 Ответы: +638,3кДж; -859,3 кДж · моль-1.

Химия. Примеры решения задач контрольной работы