Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Быстрые реакторы с жидкометаллическим охлаждением

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