Общая химия

Гетерогенными называются системы, которые состоят из нескольких физически однородных или гомогенных частей, отделенных поверхностью раздела, при переходе через которую скачком изменяются какие-либо свойства. Другими словами,

которые имеют границу раздела фаз.

Термодинамическая система – это тело или группа тел, мыс-

ленно или физически выделяемая из окружающей среды.

Правильный ответ: 1в;2а;3б.

6. Реакция экзотермическая - тепло выделяется в окружающую среду (Q > 0, Н < 0). Реакция эндотермическая – тепло поглощается из окружающей среды (Q < 0, Н > 0).

Правильный ответ 4.

7. Уравнения реакций, в которых указаны тепловые эффекты (Q), называются термохимическими. Уравнения реакций, в которых указано изменение энтальпии ( Н), называются термоди-

намическими. Правильный ответ 2.

8.Полная формулировка первого закона термодинамики – зако-

на сохранения энергии: тепло, подводимое к системе, расхо-

дуется на увеличение внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил. Правильный ответ 2.

9.Физический смысл первого закона термодинамики. Первый закон термодинамики дает нам один из критериев самопроизвольности: самопроизвольному протеканию реакции способствует уменьшение энергии. Если реакция экзотермическая, то говорят, что энтальпийный фактор способствует протеканию прямой реакции ( Н < 0). Если реакция эндотермическая, то говорят, что энтальпийный фактор вызывает обратную реакцию

( Н > 0). Правильный ответ 2.

10.∆H = ∆U + p∆V или Qp = H - это математическое выражение первого закона термодинамики в изобарном процессе. Пра-

вильный ответ 3.

11.QV = U –это математическое выражение первого закона

термодинамики в изохорном процессе. Правильный ответ 4.

201

12. В системе цилиндр с поршнем,заполненный идеальным газом, энтальпия равна сумме внутренней энергии и потенциальной энергии поднятого поршня, т.е. общей энергии расширенной системы (физический смысл энтальпии.

Внутренняя энергия состоит из энергии разных видов движения и взаимодействия входящих в систему частиц: энергия поступательного и вращательного движений молекул и колебательного движения атомов, энергия молекулярного взаимодействия, внутриатомная энергия заполненных электронных уровней, внутриядерная энергия и др.(физический смысл внутренней энергии).

Для описания степени беспорядка используется особая термодинамическая функция, называемая энтропией и обозначаемая S («эс») (физический смысл энтропии - мера беспорядка).

G – функция состояния, определяемая равенством G = H - T S, называется изобарно-изотермическим потенциалом (т.к.

Т и Р являются постоянными) или свободной энергией при постоянном давлении. Физический смысл энергии Гиббса – это функция состояния, отражающая влияние двух тенденций: энергетической (энтальпийный фактор) и статистической (энтропийный фактор).

Правильный ответ 3:1в;2в;3г;4а.

13. Величина Ноf 298- стандартная энтальпия образования используется во 2-м следствии из закона Гесса, математическое

выражение которого Нор-и = Σνi Ноf 298 прод. - Σνi Ноf 298 исх.в-в

Правильный ответ 2.

14. Величина Носгор- стандартная энтальпия сгорания используется в 3-м следствии из закона Гесса, математическое выраже-

ние которого Нор-и = Σνi Носгор. исх. в-в - Σνi Носгор. прод.

Правильный ответ 3.

15. Ноf 298 – стандартная энтальпия образования – это эн-

тальпия образования 1 моля данного соединения из простых веществ, отвечающих наиболее устойчивому состоянию элементов при стандартных условиях.

202

Носгор. 298 – стандартная энтальпия сгорания – это энтальпия окисления 1 моля данного вещества кислородом с образованием высших оксидов соответствующих элементов при стандартных условиях. Правильный ответ 2.

16.Важнейшим постулатом термохимии является закон Гесса,

формулировка которого:

∆Нореакции или тепловой эффект химических реакций, протекающих при постоянном объеме или давлении, не зависит от числа промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.

Правильный ответ 3.

17.Ноf 298 – стандартная энтальпия образования – это эн-

тальпия образования 1 моля данного соединения из простых веществ, отвечающих наиболее устойчивому состоянию элементов при стандартных условиях.

Необходимо выбрать уравнение, где данное вещество, т.е.

Al2О3, образуется из простых веществ и при этом должен образоваться 1 моль данного вещества. Это возможно только в 1-м

уравнении: 2Al + 3/2О2 = Al2О3. Правильный ответ 1.

18.Носгор. 298 – стандартная энтальпия сгорания – это энталь-

пия окисления 1 моля данного вещества кислородом с образованием высших оксидов соответствующих элементов при стандартных условиях. Высшие оксиды – это оксиды, вкоторых элемент проявляет максимальную степень окисления, равную номеру группы, в которой находится элемент.

Необходимо найти уравнение, где данное вещество, т.е. НСНО, сгорает (окисляется кислородом) с образованием высших оксидов и при этом сгорает 1 моль данного вещества. Это возможно в 3-ей реакции: НСНО + О2 = СО2 + Н2О. Правильный ответ 3.

19. В задаче дана Ноf 298- стандартная энтальпия образования аммиака. Стандартная энтальпия простых веществ – водорода и азота равна нулю. Решаем задачу по второму следствию из закона Гесса: (исходные в-ва)3Н2 + N2 =2NН3(продукты реакции)

203

Нор-и = Σνi Ноf 298 прод. - Σνi Ноf 298 исх.в-в= Нор-и = 2. Ноf 298 NН3 – (3. Ноf Н2+ Ноf N2)=

=2. (-46,2) + (3*0+0)=-92,4 кДж/моль. Правильный ответ 3.

20.Физический смысл второго закона термодинамики: самопроизвольно система стремится к увеличению беспорядка.

S > 0 – реакция протекает самопроизвольно; энтропийный фактор вызывает прямую реакцию.

S < 0 – реакция самопроизвольно не протекает; энтропийный фактор вызывает обратную реакцию. Правильный ответ 1.

21.Формулировка второго закона термодинамики: энтропия изолированной системы в самопроизвольном процессе возраста-

ет, т.е. изменение S больше нуля ( S > 0 - математическое выражение второго начала термодинамики для изолированной системы).

Правильный ответ 3.

22. В химических реакциях об изменении энтропии можно качественно судить по изменению числа моль газов. Посчитаем изменение числа моль газов в реакции

(исходные в-ва) 4NH3(г) + 5О2(г) = 4NO(г) + 6Н2О(ж) (продукты реакции)

Δνгазов= νгазообр.прод - νгазообр.исх.в-в.= 4- (4+5)=-5<0

Δνгазов < 0 ==> S < 0.

Реакция протекает с уменьшением числа моль газов, следовательно, с уменьшением энтропии.

Правильный ответ 2.

23. В химических реакциях об изменении энтропии можно качественно судить по изменению числа моль газов. Посчитаем изменение числа моль газов в реакции

(исходные в-ва) 2Н2О2(ж) = 2H2O(ж) + О2(г) (продукты реакции)

Δνгазов= νгазообр.прод - νгазообр.исх.в-в.=1-0 = 1 > 0

Δνгазов > 0 ==> S > 0

Реакция протекает с увеличением числа моль газов, следовательно, с увеличением энтропии.

Правильный ответ 1.

204

24.Критерий самопроизвольности реакции выражают через изменение энергии Гиббса системы:

G < 0 – самопроизвольная реакция;

G = 0 – реакция находится в состоянии равновесия;

G > 0 – в данных условиях реакция невозможна (самопроизвольна обратная реакция). Правильный ответ 2.

25.Реакция будет возможна при любой температуре, если оба фактора и энтальпийный и энтропийный вызывают прямую реакцию.

S > 0, следовательно, энтропийный фактор способствует протеканию прямой реакции.

Н< 0 – реакция экзотермическая, энтальпийный фактор способствует протеканию прямой реакции. Правильный ответ 1.

26.Реакция будет возможна при низкой температуре, если энтальпийный фактор вызывает прямую реакцию, а энтропийный фактор вызывают обратную реакцию. В этом случае в уравнении G = Н – Т S энтальпийный фактор Н, имеющий отрицательное значение перевешивает при низких температурах эн-

тропийный фактор S < 0 ==> -Т S > 0. Поэтому при низких температурах значение энергии Гиббса будет меньше нуля ∆G < 0 и будет протекать прямая реакция.

S < 0, следовательно, энтропийный фактор способствует протеканию обратной реакции.

Н < 0 – реакция экзотермическая, энтальпийный фактор способствует протеканию прямой реакции. Правильный ответ 3.

27. Реакция будет возможна при высокой температуре, если энтропийный фактор вызывает прямую реакцию, а энтальпийный фактор вызывают обратную реакцию. В этом случае в уравнении G = Н – Т S энтропийный фактор S > 0 → -Т S < 0, имеющий отрицательное значение перевешивает при высоких температурах энтальпийный фактор , имеющий положительное значение. Поэтому при высоких температурах значение энергии Гиббса будет меньше нуля ∆G < 0, и будет протекать прямая реакция.

S > 0, следовательно, энтропийный фактор способствует протеканию прямой реакции.

205

Н > 0 – реакция экзотермическая, энтальпийный фактор способствует протеканию обратной реакции. Правильный ответ 2

28. а) В задании известен знак энтальпийного фактора:

∆Нор-и > 0, следовательно, энтальпийный фактор вызывает обратную реакцию.

Качественно оценим изменение энтропии по изменению числа моль газообразных веществ

в реакции N2O4(г) ↔ 2NO2(г),

Δνгазов= νгазообр.прод - νгазообр.исх.в-в.= 2-1 = 1> 0

Δνгазов > 0 → S > 0, следовательно, энтропийный фактор вызывает прямую реакцию. Энтальпийный и энтропийный фактор действуют в разных направлениях, значит в системе возможно равновесие.

б) В задании известен знак энтальпийного фактора:

∆Нор-и< 0, следовательно, энтальпийный фактор вызывает прямую реакцию.

Качественно оценим изменение энтропии по изменению числа моль газообразных веществ

в реакции 2О3(г) → 3О2(г),

Δνгазов= νгазообр.прод - νгазообр.исх.в-в.= 3-2 = 1 > 0

Δνгазов > 0 → S > 0, следовательно, энтропийный фактор вызывает прямую реакцию. Энтальпийный и энтропийный фактор действуют в одном направлениях и вызывают прямую реакцию, значит в системе не возможно равновесие.

в) В задании известен знак энтальпийного фактора:

∆Нор-и > 0, следовательно, энтальпийный фактор вызывает обратную реакцию.

Качественно оценим изменение энтропии по изменению числа моль газообразных веществ

в реакции N2 + 2O2 = 2NO2

Δνгазов= νгазообр.прод - νгазообр.исх.в-в.= 2-3 = -1 < 0

Δνгазов < 0 → S < 0, следовательно, энтропийный фактор вызывает обратнуюреакцию. Энтальпийный и энтропийный фактор действуют в одном направлениях и вызывают обратную реак-

206

цию, значит в системе не возможно равновесие. Правиль-

ный ответ 1а; 2б;3в

ОТВЕТЫ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ ПО ТЕМЕ III. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

1. Закон действующих масс в общем виде: для реакции

Перепишем для данной реакции. В математическое выражение закона действующих масс входят концентрации газов или жидкостей. Т.к. реакция 2NО г + О2 г = 2NО2 г протекает в газовой фазе, то вещество А - это NО, а В – это О2, a и b- коэффициенты в уравнении реакции перед соответствующими веществами a=2 b=1. Закон действующих масс применительно к данной реакции

запишется как V k C2NO CO2 . Правильный ответ 3.

2. Запишем закон действующих масс для данной реакции А г + 2Вг → АВ2 г :

V KCACB 2 , подставим численные значения константы скоро-

сти реакции к = 4 л2/моль2, концентрации веществ СА= 0,05 моль/л, СВ = 0,2 моль/л. Возведем в квадрат СВ:

V = 4·0,05·(0,2)2 = 0,008. Правильный ответ 2.

3. Запишем закон действующих масс для данной реакции 2SO2г

При увеличении давления в 2 раза давление каждого газа увеличится в 2 раза

Скорость реакции увеличится в 8 раз. Правильный ответ 1.

207

4. Запишем выражение закона действующих масс для реакции3Н2 г + N2 г = 2NH3 г до изменения концентрации водорода:

V KC H 2 3C N 2 .

При увеличении концентрации водорода скорость реакции возрастет в 33 раз:

V1 K (3C)H 2 3 CN2 27KCH 2 3CN2

Скорость реакции увеличилась в 27 раз. Правильный ответ 4.

6. Дано: t1=20оС, γ=4, τ1=16мин=16*60= 960с, τ2=15с. Найти: t2-?

Будем считать условную скорость величиной, обратной времени:

Правильный ответ 1.

7. Т.к. в левой и правой части уравнения число моль газообразных веществ одинаково, то давление не оказывает влияния на смещения равновесия в данной реакции. Данная реакция является эндотермической Н > 0, поэтому понижение температуры вызовет смещение равновесия в сторону исходных веществ, т.е. влево. А вот с увеличением ÑÎ 2 , согласно принципу Ле-

208

Шателье, увеличится скорость прямой реакции, и равновесие сместится вправо. В сторону продуктов реакции.

Правильный ответ 1.

8. Изменение концентраций любого из газообразных веществ (СО или CO2) вызовет соответствующее смещение равновесия. Изменение температуры, как увеличение, так и понижение, вызывает смещение равновесия подавляющего большинства реакций. В данном случае на смещение равновесия не оказывает влияния изменение давление, т.к. в левой и правой частях уравнения число моль газообразных веществ одинаково. Правильный ответ 3.

9. Данная реакция является эндотермической Н >0, поэтому понижение температуры вызовет смещение равновесия в сторо-

ну исходных веществ, т.е. влево. С уменьшением СО2 , согласно

принципу Ле-Шателье, увеличится скорость обратной реакции, и равновесие сместится влево. При уменьшении давления в газовой системе равновесие смещается в сторону большего числа моль газов, т.к. слева больше число моль газов: ЗО2(г) а, справа меньше: 2О3(г), то равновесие сместиться влево. Тогда как,

уменьшением СО3 , согласно принципу Ле-Шателье, увеличится

скорость прямой реакции, и равновесие сместится вправо. Пра-

вильный ответ 4.

10. Чтобы увеличить выход NH3, т.е. сместить равновесие вправо, необходимо: 1) увеличить концентрацию N2 и Н2 и уменьшить концентрацию NH3, выводя его из сферы реакции, т.е. повышение концентрации NН3 и уменьшение концентрации N2 вызовет смещение равновесия влево; 2) понизить температуру реакционной смеси, т.к. реакция образования NH3 является экзотермической Н < 0, следовательно, повышение температуры вызовет смещение равновесия влево; 3) повысить давление смеси газов, т.к. в этом случае возрастает скорость прямой реакции, т.к. в ней участвует большее число моль газообразных веществ. Следовательно, повышение давления вызовет смешение равновесия в сторону выхода продукта реакции. Правильный ответ 2.

209

11. Данная реакция является эндотермической Н > 0, поэтому понижение температуры вызовет смещение равновесия в сторону исходных веществ, т.е. влево. Чтобы сместить равновесие вправо надо увеличить концентрацию исходных веществ (CO2), или уменьшить концентрацию продуктов реакции (СО), в задании предлагается сделать с точностью до наоборот. Значит, смещение равновесия вправо вызовет уменьшение давления т.к. в ходе реакции число моль газообразных веществ увеличивает-

ся. Правильный ответ 2.

12. Запишем константу равновесия для реакции NО + С12 ↔ NОС12. Константа равновесия обратимой реакции - это отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции (веществ, стоящих в реакции справа) к произведению равновесных концентраций исходных веществ (веществ, стоящих в реакции слева), при этом все концентрации возведены в степень стехиометрических коэффициентов. Затем подставим численные значения равновесных концентраций (моль/л): [NO] = 0,1; [Cl2] = 0,4; [NOCl2] = 4. Получим значение константы равнове-

Правильный ответ 2.

ОТВЕТЫ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ ПО ТЕМЕ IV. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ. ПОВЕДЕНИЕ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ЗАКОН РАЗБАВЛЕНИЯ ОСТВАЛЬДА. ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ

1. Муравьиная и сероводородная кислоты относятся к слабым кислотам; гидрат аммиака – к слабым основаниям. Эти вещества обратимо ионизируют в водных растворах. Процесс их ионизации характеризуется константами ионизации, значение которых прведено в справочниках. Процесс распада средней соли – карбоната калия – необратимый и это вещество относится к сильным электролитам. Правильный ответ 2.

210