Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Примеры решения задач. Задача I. Теплота сгорания углерода в углекислый газ СО2 равна 394,05 кдж/моль, а теплота сгорания окиси углерода(іі) в СО2 – 282,92 кдж/моль при давлении
Задача I. Теплота сгорания углерода в углекислый газ СО2 равна 394, 05 кДж/моль, а теплота сгорания окиси углерода(ІІ) в СО2 – 282, 92 кДж/моль при давлении 1, 013·105 Па и 298 К. Найти теплоту образования оксида углерода при тех же условиях и при 298 К и V = const. Решение: Получение СО2 можно осуществить двумя путями: I – непосредственно окислить углерод до СО2 согласно уравнению С + О2 = СО2 + D Н 1 и ІІ – сначала углерод окислить до СО, а затем СО окислить до СО2 : О + ½ О2 = СО + D Н Х; СО + ½ О2 = СО2 + D H 2. Согласно закону Гесса теплота по первому пути равна сумме теплот по второму пути, т.е. D H 1 = D Н Х + D Н 2 Все сказанное может быть представлено в виде цикла: С + О2 СО2 D Н Х D Н 2 + ½ О2 II + ½ О2
СО откуда D Н Х = D Н 1 – D H 2. К такому результату придем, записав термодинамические уравнения реакций и оперируя ими, как обычными алгебраическими. Запишем уравнения реакций в две строки, под чертой – искомое: 1 С(тв.) + О2 = СО2 – 394, 05 кДж; (D H 1) –1 CO + 1/2О2 = СО2 – 282, 92 кДж; (D Н 2) С(тв.) + 1/2О2 = СО2 + D Н х. Для получения искомого уравнения надо каждое уравнение умножить на 1 и из первого вычесть второе (действия указаны слева от вертикальной черты). В итоге получим D Н х = D Н 1 – D H 2 = –394, 05 – (–282, 92) = –111, 13 кДж/моль. Тепловой эффект этой реакции при постоянном объеме QV = Qp – S niRT, где S ni – разность между суммой чисел молей газообразных продуктов реакции и исходных веществ, S ni = S ni , прод. – S ni , исх. Для данной реакции S ni = 1 – 1/2 = 1/2 и QV = –111, 13 – 1/2·298·8, 314·10–3 = –112, 41 кДж/моль. Задача 2. Определить изменение энтальпии при реакции СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2, если стандартные теплоты образования (D f ) для СаС2, H2O, Са(ОН)2 и C2H2 соответственно равны: –62, 7; –285, 67; Решение: Для решения воспользуемся следствием закона Гесса, согласно которому тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ. D Н р-ции = S ni D Hf i, прод. – S ni D Hf i, исх , = (226, 51 – 985, 64) – – (2·(–285.57) – 62, 7); = –125, 3 кДж. Задача 3. Найти теплоту образования аммиака на основании следующих данных: H2 + 1/2О2 = H2O(ж) – 285.57 кДж. 4NН3 + 3O2 = 6Н2O(ж) + 2N2 – 1528, 80 кДж. Решение: Уравнение реакции, теплоту которой D Н необходимо найти, следующее: 1/2N2+ 3/2Н2 = NH3, + D Нх. Оно может быть получено комбинацией данных термохимических уравнений, а именно: умножением первого уравнения на 3/2. второго уравнения – на 1/4 и последующим суммированием: +3/2 Н2 + 1/2О2 = Н2О(ж) – 285, 57 кДж, –1/4 4NH3 + 3О2 = бН2О(ж) + 2N2 – 1528, 80 кДж 3/2Н2 – NH3 = –1/2N2 – 3/2· 285, 57 + 1/4·1528, 80 кДж или 3/2Н2 + 1/2N2 = NH3 – 46, 15 кДж. Задача 4. Теплота растворения 1 моль ВаС12 в большом количестве воды равна –11, 18 кДж/моль, а теплота растворения 1 моль BaCl2·2H2O равна 18, 74 кДж/моль. Чему равна теплота гидратации ВаС12 с образованием ВаС12·2Н2О? Решение: Раствор хлорида бария в воде, который можно обозначить ВаС12· n H2O (или ВаС12(р-р), или BaCl2(aq)) можно получить двумя путями: I – растворить 1 моль ВаС12 в воде, при этом выделится 11, 18 кДж; II – сначала провести реакцию гидратации, присоединив к 1 молю ВаС12 воду с образованием кристаллогидрата ВаС12·2Н2О и выделением теплоты гидратации D Нh, а затем растворить кристаллогидрат в большом количестве воды, при этом поглотится 18, 74 кДж. Соответствующий цикл имеет вид ВаС12 + n H2O BaCl2· n H2O D Hh D H раств.кр.= 18, 74 BaCl2·2H2O Откуда D H pаств.соли = D Hh + D H раств.кр.= 18, 74 D Hh = D H pаств.соли – D H раств.кр = –11, 18 – 18, 74 = – 29, 92 кДж/моль Решение с использованием записи термохимических уравнений: +1 ВаС12 + n Н2O = ВаС12· n Н2O – 11, 18 кДж/моль –1 BaCl2· 2Н2O + ( n –2) Н2O = ВаCl2 ·n Н2O + 18, 74 кДж/моль ВаС12 + 2H2O = BaCl2·2H2O + D Hh кДж/моль Произведем указанные действия и получим: D Hh = –11, 18 – 18, 74 = –29, 92 кДж/моль. Задача 5. Гидроксид золота(Ш) растворяется в соляной и бромоводородной кислотах согласно уравнениям: Au(OH)3 + 4HC1 = НАuС14 + 3Н2O, D H 1 = –96, 14 кДж; Аu(ОН)3 + 4НВг = HAuBr4 + 3Н2O, D H 2 = –153, 82 кДж; При смешении 1 моль HAuBr4 с 4 моль НС1 поглощается 2, 13 кДж. Какой процент золотобромистоводородной кислоты превращается при этом в золотохлористоводородную? Решение: Вычитая из первого уравнения второе, получим HAuBr4 + HC1 = HAuCl4 + 4НВг, D H = 57, 68 кДж. Значит, при полном растворении 1 моль HAuBr4 в HAuCl4 поглотилось бы 57, 68 кДж, а по условию задачи поглотилось 2, 13 кДж, что соответствует 2, 13·100/57, 68 = 3, 7 % превращения. Задача 6. Зависимость теплоты растворения H2SO4 в воде (кДж/моль) от концентрации полученного раствора приведена в таблице
Построить график и по нему определить теплоту смешения 100 г 50% раствора со 100 г 80% раствора. Решение: В 100 г 50% раствора содержится 50/98 = 0, 51 моль H2SO4 и 50/18 = 2, 778 моль Н2O. В этом растворе на 1 моль кислоты приходится 2, 778/0, 51 = 5, 447 моль воды. В 100 г 80% раствора содержится 80/98 = 0, 816 моль H2SO4. и 20/18 = 1, 111 моль H2O, а на 1 моль кислоты приходится 1, 111/0, 816 = 1, 362 моль воды. После смешения в 200 г раствора содержится 0, 51 + 0.816 = 1, 326 моль кислоты и 2, 778 + 1, 111 = 3, 889 моль воды, а на 1 моль кислоты приходится 3, 889/1, 326 =2, 93 моль воды. Раствор может быть получен двумя путями: 1 – смешением 1, 326 моль кислоты с 3, 889 моль воды и 2 – смешением по 100 г каждого из этих растворов. Следовательно, теплота образования 200 г раствора Q 3будет складываться из теплоты образования 100 г первого раствора Q 1, теплоты образования 100 г второго раствора Q 2 и теплоты их смешения Q x: Q 3 = Из графика (см.рис), построенного по данным таблицы, находим теплоты растворения кислоты в воде для трех интересующих нас растворов: Q 1= 58, 31; Q 2 = 34, 69; Q3 = 48, 49 кДж/моль. Так как в первом растворе число молей кислоты равно 0, 51, то Qt = 58, 31·0, 51 = 29, 74 кДж; аналогично Q 2= 34, 69·0, 816 = 28, 31 кДж и Q 3 = 48, 49·1, 326 = 64, 30 кДж, откуда Qx = 64, 30 – 29, 74 – 28, 31 = 6, 25 кДж.
|