Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Быстрые реакторы с жидкометаллическим охлаждением

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

ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО

Примеры решения типовых задач

 Пример 1. Определите направление протекания при стандартных условиях реакции: Fe2O3(к) + 3H2(г) = 2Fe(т) + 3H2O(г)

Решение.  Чтобы определить направление протекания реакции, нужно вычислить изменение стандартной энергии Гиббса

Согласно следствию из закона Гесса: ΔG = ΣΔG0кон – ΣΔG0нач

Выпишем из табл.1 значения энергий Гиббса образования для всех участников реакции

Fe2O3(к)

H2(г)

Fe(т)

H2O(г)

, кДж/моль

–740,3

0

0

–228,6

Отсюда  ΔG° =  { 2∙0 + 3 ∙ ( -228,6) } – { -740,3 + 3 ∙  0 } = 54,5 кДж/моль.

Т.к. ΔG > 0, в стандартных условиях эта реакция идет в обратном направлении.

Пример 2 . Определите знаки DН0, DS0 и DG0 для реакции

АВ(к)+ В2(г) = АВ3(к),

протекающей при 298 К в прямом направлении. Будет ли DG0 возрастать или убывать с ростом температуры?

Решение.  Поскольку известно, что реакция протекает в прямом направлении, следовательно, ΔG < 0.

В левой части уравнения 1 молекула газа (В2), а в правой части уравнения газа нет, следовательно, при протекании данной реакции энтропия системы уменьшается, т.е. ΔS <0.

Поскольку DН0, DS0 и DG0  реакции связаны друг с другом уравнением:

ΔG0 = ΔH0– T·ΔS0,

то знак изменения энтальпии системы может быть только отрицательным: DН<0.

Т.к. энтропийная составляющая данной реакции положительна, то с ростом температуры DG будет возрастать, и выше некоторой температуры реакция будет протекать в обратном направлении.

Пример 3 . При какой температуре начнется реакция:

С6Н6 (ж) + НNO3 (ж) = С6Н5NO2(ж) + Н2О (ж)?

При каких температурах реакция будет протекать в прямом, а при каких – в обратном направлении?

Решение. Температура начала реакции рассчитывается по формуле:

DН0 и DS0 рассчитывают по следствию из закона Гесса:

ΔH = ΣΔf H0кон – ΣΔf H0нач

 ΔS = ΣS0кон – ΣS0нач ,

используя значения энтальпий образования и абсолютных энтропий участников реакции из таблицы 1:

С6Н6 (ж)

НNO3 (ж)

С6Н5NO2(ж)

Н2О (ж)

, кДж/моль

49,03

-173,00

15,90

285,83

,  Дж/моль К

173,26

156,16

224,26

69,95

ΔH = (15,90-285,83) – (49,03-173,00) = -145,70 кДж

ΔS = (224,26+69,95) – (173,26+156,16) = -35,21 Дж/ К = -0,035 кДж/ К.

Данная реакция начнется при температуре

.

Поскольку в данной реакции энтальпийная составляющая отрицательная (DН<0), а энтропийная – положительная( -Т ΔS >0), то в соответствии с уравнением:

ΔG0 = ΔH0– T·ΔS0,

  при Т > 4162 К реакция будет идти в обратном направлении (ΔG > 0), а при Т < 4162 К - в прямом направлении (ΔG < 0).

Контрольные задания

 101. Прямая или обратная реакция будет протекать в системе:

MnO2(к) + 4HCl(г) ↔ MnCl2(к) + Cl2(г)

Ответ мотивируйте, вычислив DG0 прямой реакции по стандартным энтальпиям образования и абсолютным энтропиям химических веществ. Изменится ли направление процесса при повышении температуры до 1000 С? 

Ответ: - 52,07 кДж; - 46,07 кДж.

 102. При какой температуре наступит равновесие системы:

2 NO (г) + Cl2 (г) ↔ 2 NOCl (г)?

При каких температурах реакция будет протекать в прямом, а при каких – в обратном направлении? 

Ответ: 623,5 К.

 103. Не прибегая к вычислениям, определите, какие знаки (>0, <0, @0) имеют DG, DH и DS для протекающей в обратном направлении реакции:

2 Н2O (г) + 2 I2(г) ↔ 4 HI (г) + O2 (г).

Как повлияет повышение температуры на направленность химической реакции?

 104. При какой температуре наступит равновесие системы:

2 НCl (г) + I2(к) ↔ 2 HI (г) + Cl2 (г)?

При каких температурах более сильным восстановителем будет являться иод, а при каких – хлор?

Ответ: 1557 К.

105. С чем будет более интенсивно взаимодействовать газообразный хлористый водород (в расчете на 1 моль): с цинком или с алюминием? Ответ дайте, рассчитав DG обеих реакций. Продуктами реакций являются твердая соль и газообразный водород.

Ответ: - 89,91 и – 114,74 кДж/моль HCl.

 106. Рассчитав на основании табличных данных DG и DS, определите тепловой эффект реакции: AsF3 (г) + F2 (г) ↔ AsF5 (г). Экзотермической или эндотермической является данная реакция?

Ответ: - 316,15 кДж.

107. Вычислите изменение энергии Гиббса при 250С для реакции

СН4 (г) +2Н2S(г) → CS2(ж)+ 4H2(г)

по стандартным значениям энтальпий образования и абсолютных энтропий химических веществ. Можно ли назвать этот процесс самопроизвольным? Изменится ли направление процесса при повышении температуры до 1500С? Укажите роль энтальпийного и энтропийного факторов. 

Ответ: 183,06 и 171,74 кДж.

108. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях, невозможна экзотермическая реакция: СО2 (г)+Н2 (г) ↔ СО (г)+Н2О (ж)? Рассчитайте DG данной реакции. При каких температурах данная реакция становится самопроизвольной?

Ответ: 19,91 кДж.

 109. Не производя вычислений, установить знак DS следующих процессов:

а) СаО(к) + СО2(г) = СаСО3(к);

б) испарение воды;

в) NН3(г) + НCl(г) = NН4Cl(к);

г) СН3СООН (р) ® СН3СОО-(р) + Н+(р).

Ответ поясните.

 110. Рассчитайте DG0 реакции:

4NH3(г) +5O2(г) = 4NО(г) + 6Н2О(ж)

 и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания данного процесса. Не производя вычислений укажите, каково будет изменение энтропии.

 Ответ: -957,8 кДж.

 111. Прямая или обратная реакция будет протекать в системе:

8NH3(г) + 3Br2(ж)→6NH4Br(к) + N2(г)?

Ответ мотивируйте, вычислив DG0 прямой реакции по стандартным энтальпиям образования и абсолютным энтропиям химических веществ. Изменится ли направление процесса при повышении температуры до 8000 С? 

Ответ: - 1584,87 кДж; - 2452,95 кДж.

112. При какой температуре наступит равновесие системы:

 РСl5 (г) ↔РСl3 (г) + С12 (г)?

При каких температурах реакция будет протекать в прямом, а при каких – в обратном направлении?

Ответ: 447,6 К.

 113. Не прибегая к вычислениям, определите, какие знаки (>0, <0, @0) имеют DG, DH и DS для протекающей в прямом направлении реакции:

СО2 (г) + 4 Н2(г) ↔ СH4 (г) + 2 Н2О (ж).

Как повлияет повышение температуры на направленность химической реакции?

114. Какие из карбонатов: ВеСО3, МgСО3 или СаСО3 можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО2? Какая реакция идет более энергично? Ответ дайте, вычислив DG реакций. 

 Ответ: 31,24; - 65,32; - 130,17 кДж.

115. При какой температуре наступит равновесие системы:

4 НBr (г) + O2(г) ↔ 2 H2O (г) + 2 Br2 (г)?

При каких температурах более сильным окислителем будет являться кислород, а при каких – бром? 

Ответ: 2155 К.

116. Пользуясь справочными данными, определите, возможно ли получение ванадия при температуре 298 К по схеме:

2V2O5(к) +5C(к) = 2V(к) + 5CО2(г).

Как будет влиять повышение температуры до 3000оС  на направление реакции?

Ответ: 1384,4 кДж; 11136,45 кДж.

 117. На основании расчета значений DG0 реакций:

2 NO (г) + Br2 (г) ↔ 2 NOBr (г)

  и 2 NO (г) + F2 (г) ↔ 2 NOF (г)

определите, бром или фтор является более сильным окислителем при стандартных условиях и при температуре 850оС. 

  Ответ: - 11,33 кДж; 87,42 кДж; - 291,72 кДж;

 - 231,41 кДж.

118. С чем будет более интенсивно взаимодействовать газообразный иодистый водород (в расчете на 1 моль): с калием или с кальцием? Ответ дайте, рассчитав DG0 обеих реакций. Продуктами реакций являются твердая соль и газообразный водород.

  Ответ: - 325,88  и -266,28  кДж/моль.

119. На основании расчета значений DG0 реакций:

 N2 (г) + О2 (г) ↔ 2 NO (г)

 и  N2 (г) + 2 О2 (г) ↔ 2 NO2 (г)

определите, какой из оксидов будет преимущественно образовываться при стандартных условиях и при 600оС? 

  Ответ: 175,64 кДж; 166,27 кДж; 104,59 кДж; 179,05 кДж.

120. Рассчитайте  DG0 реакции: 

2 Сu(NO3)2 (к) = 2 CuО (к) +4 NO2(г)+ O2(г)

 и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания данного процесса при стандартных условиях. Не производя вычислений, укажите, каково будет изменение энтропии, а также экзо- или эндотермической является данная реакция.

Ответ: 281,5 кДж. 

Химия. Примеры решения задач контрольной работы