Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
решебник.docx
Скачиваний:
566
Добавлен:
18.04.2015
Размер:
501.2 Кб
Скачать

Решение:

10.

Mr(CCl4)=154 г/моль

m(CCl4)=1∙154=154 г

V==

ΔG=V(P2-P1)=94,305(10,13∙105-1,013∙105)∙10-6=85,98 Дж

Ответ: 85,98 Дж

11.

Mr(C6H5NH2)=93 г/моль

m(C6H5NH2)=1∙93=93 г

V==

ΔG=V(P2-P1)=89,509(4,05∙105-0,506∙105)∙10-6=31,72 Дж

Ответ:31,72 Дж

12.

Mr(C6H5NH2)=123 г/моль

m(C6H5NO2)=1∙123=123 г

V==

ΔG=V(P2-P1)=100,57(6,078∙105-1,013∙105)∙10-6=50,94 Дж

Ответ: 50,94 Дж

13.

Mr(C6H5Cl)=112,5 г/моль

m(C6H5NH2)=1∙112,5=112,5 г

V==

ΔG=V(P2-P1)=99,7340 (9,72∙105-1,216∙105)∙10-6=84,81 Дж

Ответ: 84,81 Дж

14.

Mr(CHCl3)=119,38 г/моль

m(CHCl3)=1∙119,38=119,38 г

V==

ΔG=V(P2-P1)=78,23 (8,10∙105-1,013∙105)∙10-6=7,087 Дж

Ответ: 7,087 Дж

15.

Mr(C6H6)=78 г/моль

m(C6H6)=1∙78=78 г

V==

ΔG=V(P2-P1)=88,74 (5,065∙105-1,013∙105)∙10-6=35,96 Дж

Ответ: 35,96 Дж

16. При 25°С энтропии ромбической и моноклиниче­ской серы соответственно равны 31,88 и 32,55 дж/г∙атом∙град, а теплоты образования равны 0,00 и 0,30 кдж/г∙атом. Рассчитать ΔG и ΔF для процесса при 25°С. Пренебречь приближенно различи­ем плотностей обеих модификаций серы. Какая из двух модификаций серы является более ус­тойчивой при 25°С? Дайте приближенную оценку темпе­ратуры перехода, при которой обе модификации серы на­ходятся в равновесии, принимая для ΔS и ΔH значения при 25°С.

Решение.

ΔG=H-TΔS=0,30∙

ΔG= ΔF

Ответ:100,34 Дж/г∙атом

17-25. Найти ΔG и ΔF химических реакций из электро­химических данных. Изменением объемов твердых и жид­ких веществ при реакции пренебречь.

Номер задачи

Реакции

Температура

Э.Д.С.,в

17

Ag + 1/2 Cl2 (г) = AgCl (т)

17

1,132

18

2Hg + Cl2 (г) = Hg2Cl2 (т)

25

1,085

19

AgCl + 1/2 H2 = Ag + HC1 aq

25

0,224

20

Zn + Cl2(г) = ZnCl2 aq

25

2,123

21

Cu + Cl2 (г) = CuCl2 aq

25

1,023

22

Cd + Cl2 (г) = CdCl2 aq

25

1,763

23

Cu + 1/2 Cl2 (г) = CuCl (т)

25

0,839

24

Co (т) + Cl2 (г) =CoCl2 aq

25

1,637

25

Sn + Cl2 (г) = SnCl2 aq

25

2,496

Решение.

17.

ΔG=-zFE=-1∙96500∙1,132∙=-109,24 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-109,24+8,314∙290∙=-106,83 кдж/моль

Ответ: -109,24 кдж/моль, -106,83 кдж/моль

18.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙1,085∙=-209,4 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-209,4+8,314∙298∙=-209,4+2,48=-206,92 кдж/моль

Ответ: -209,4 кдж/моль, -206,92 кдж/моль

19.

ΔG=-zFE=-1∙96500∙0,224∙=-21,62 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-21,62+8,314∙298∙=-21,62+2,48=-19,136 кдж/моль

Ответ: -21,62 кдж/моль, -19,136 кдж/моль

20.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙2,123∙=-409,74 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-409,74+8,314∙298∙=-409,74+2,48=-407,26 кдж/моль

Ответ: -409,74 кдж/моль, -407,26 кдж/моль

21.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙1,023∙=-197,44 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-197,44+8,314∙298∙=-197,44+2,48=-194,96 кдж/моль

Ответ: -197,44 кдж/моль, -194,96 кдж/моль

22.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙1,763∙=-340,26 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-340,26+8,314∙298∙=-340,26+2,48=-337,78 кдж/моль

Ответ: -340,26 кдж/моль, -337,78 кдж/моль

23.

ΔG=-zFE=-1∙96500∙0,839∙=-80,96 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-80,96+8,314∙298∙=-80,96+2,48=-78,48 кдж/моль

Ответ: -80,96 кдж/моль, -78,48 кдж/моль

24.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙1,637∙=-315,94 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-315,94+8,314∙298∙=-315,94+2,48=-313,46 кдж/моль

Ответ: -315,94 кдж/моль, -313,46 кдж/моль

25.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙2,496∙=-481,73 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-481,73+8,314∙298∙=-481,73+2,48=-479,25 кдж/моль

Ответ: -481,73 кдж/моль, -479,25 кдж/моль

26—33. Вычислить изменения изобарного потенциала при изотермном сжатии газа от Р1до Р2; газы считать идеальными.

Номер задачи

Газ

Количество газа

Тем

пе

рату

ра

Давление, н/м2

26

Кислород

0,005 м3

0

0,1013

1,013

27

Азот

7 г

27

0,506

3,04

28

Хлор

0,002 м3

25

1,013

10,13

29

Водород

0,01 м3

100

0,506

5,065

30

Кислород

20 г

25

1,013

15,20

31

Фосген

0,01 м3

20

1,013

10,13

32

Окись углерода

0,003 м3

25

0,1013

2,026

33

Сероводород

0,001 м3

25

1,013

2,026

Решение:

26.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,0223∙8,314∙273∙lg

Ответ:

27.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,25∙8,314∙273∙lg

Ответ:

28.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,0817∙8,314∙273∙lg

Ответ:

29.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,163∙8,314∙273∙lg

Ответ:

30.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,625∙8,314∙298∙lg

Ответ:

31.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,4158∙8,314∙293∙lg

Ответ:

32.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,01226∙8,314∙298∙lg

Ответ:

33.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,041∙8,314∙298∙lg

Ответ:

34. Определить изменение изохорного потенциала и внутренней энергии при обратимом испарении 1 моль бро­ма при давлении 1,013∙105 н/м2 и температуре кипения —7,3° С. Теплота испарения брома равна 31,0 кдж/моль.

Решение.

Q=ΔU-nRT

31=ΔU-1∙8,314∙265,7∙

31=ΔU-2,21

ΔU=28,79 кдж/моль

Ответ: 28,79;-2,21 кдж/моль

35 Вычислить реакции разложения С4Н104(г) = С3Н6(г) + СН4(г) при 25 °С, если теплоты образования С4Н10, C3H6, CH4 равны соответственно: 125,1; 20,4; -74,83 кДж, а энтропии их равны соответственно: 310,04; 266,87; 186,14 Дж/мольК.

Решение.

Вычисляем на основе следствия из закона Гесса тепловой эффект реакции:

Рассчитаем аналогично изменение энтропии реакции:

Определяем по уравнению (11.14)

Ответ:

36. В каком направлении может протекать реакция крекинга циклогексана при 727 °С С 6Н12 = ЗС2Н4, если при данной температуре G°( (С6Н12)=402,2 кДж/моль, a G°(C2H4)= 114,0 кДж/моль.

Решение.

ΔG°(C2H4)-G°( (С6Н12)=342-402,2=-60,2 кДж/моль

Т.к. Δ

Ответ: -60,2 кДж/моль

37. Почему синтез аммиака по реакции N2 (г.)+3H2 (г.)=2NH3 (г.)

стремятся вести при более низкой температуре?

Решение.

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

кДж/проб

Дж/K∙проб

Ответ: так как кДж/проб и Дж/K∙проб

38. Определить: ΔU,ΔH,ΔS процесса:

1 моль H2O (ж; 20; 1 атм.) 1 моль H2O (г; 2501 атм.)

Энтальпия испарения воды при 100 равна 40655 Дж/моль. Теплоёмкость жидкой и парообразной воды равна:

Ср(ж)=75,30 Дж/моль∙К

Ср(г)= 30,00+10,71∙10-3T-0,33∙105T-2 Дж/моль∙К

Решение.

20 250

H2O(ж) H2O(г)

H2O(п) H2O(п)

100

ΔS1=75,30

ΔS2= Дж/моль∙К

ΔS3=30

ΔS=11,8+108,95+18,17=138,92 Дж/моль∙К

ΔH1=Cp∙(T1-T2)=75,30∙(100-20)=6024

ΔH2=40655 Дж/моль

ΔH3=30∙150+5,365∙

ΔH =5246,65+40655+6024=51925 Дж/моль

Ответ: 138,92 Дж/моль∙К; 51925 Дж/моль

39. Один моль двухатомного идеального газа, взятый при 25 и 1 атм., нагревается при постоянном давлении, пока объём не возрастёт втрое. Рассчитать Q, A, ΔH, ΔU и ΔS процесса.

Решение.

P=const, pV=nRT,

T2=

ΔS=Cp ln=Rln

dU=CVdT=1,5

Qp=ΔU=Cp(T2-T1)=2,5(894,45-298)∙8,314=12394,1

dU=δQ-A A=δQ-dU=12394,1-7436,46=4957,6

Ответ: 4957,6

40. В одном сосуде находится кислород, а в другом – азот. Эти сосуды соединены трубкой с краном. При открывании крана происходит изотермическое смешение газов при 25:

0,2 моль O2 (0,2 атм.) + 0,8 моль N2 (0,8 атм.)→смесь газов

а) Рассчитать общее давление смеси газов; б) Чему равны Q, A, ΔU, ΔS, ΔH и ΔG для процесса смешения; в) Чему были бы равны Q и A, если бы смешение газов протекало обратимо и изотермически при 25

Решение.

V1(O2)= м3

V2(N2)= м3

а) робщ=

б) Q=A=ΔU=ΔH=0

ΔS=

ΔG= ΔH-TdS=-298,15∙5,76=-1717,344

Q=A= ΔS∙T=1717,344

Ответ: Q=A=ΔU=ΔH=0; -1717,344; 1717,344

41. В основу современного производства азотной кислоты положена реакция: 4NH3 (г.)+5O2 (г.)=4NO (г.)+6H2O (г.) стремятся вести при более низкой температуре?

Выяснить влияние изменения температуры на протекание этого процесса.

Решение.

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

кДж/проб

Дж/K∙проб

Ответ: благоприятствует условие ΔT, так как кДж/проб и Дж/K∙проб

42. Почему повышение температуры препятствует протеканию реакции:

2NO (г.)+O2 (г.)=2NO2 (г.), а понижение- способствует?

Решение:

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

кДж/проб

Дж/K∙проб

Ответ: так как кДж/проб и

Дж/K∙проб

43. Определите , и при 298,2 К ДЛЯ реак­ции

Необходимые данные возьмите из справочника.

Решение.

ΔН298 0=Σ(ΔНf298 )пр.р + Σ(ΔНf298)исх.р =-484,9- (2∙(-285,84)+226,75)∙103=140∙103 Дж/моль

ΔU0298= ΔН298 0- РΔV= ΔН298 0- Δn∙R∙T

Δn=1-1=0

ΔU0298= ΔН298 0

ΔG0298 = Σ(ΔG0f298 )пр.р + Σ(ΔG0f298)исх.р =(-576,64)-(-2∙334,46+209,25)∙ 103 =-116,97∙103 Дж/моль

ΔF0298 = ΔG0298- РΔV.

Для данной реакции РΔV=0. Следовательно: ΔF0298 = ΔG0298

ΔS0298= Σ(ΔS 0f298 )пр.р + Σ(ΔS 0f298)исх.р =(130,6+159,8)-(200,8+2∙69,96)∙ 103=-50,32 Дж/моль*К.

Ответ: 140∙103 ; -116,97∙103 Дж/моль; -50,32 Дж/моль∙К.

44. Определите ΔS, ΔH и ΔUпроцесса 1 моль H2O (ж,200С, 1 атм)→1моль Н2О(г,2500С, 1 атм), имея следующие данные: Ср(ж) 18. ΔН испарения воды при 1000С и 1 атм составляет 9720 .

Решение.

Разобьем процесс на следующие стадии:

  1. Нагревание от 20 до 1000С:

ΔH=Ср21)=18(80)=1440;

ΔS=Ср In=18 In =4,35.

  1. Испарение при 1000С:

ΔH=9720;

ΔS=.

  1. Нагревание от 100 до 2500С:

ΔH=Ср21)=8,6(150)=1290;

ΔS=Ср In=8,6 In =2,19

ΔS=4,35+26,02+2,91=33,28.

ΔH=1440+9720+1290=12450

ΔU= ΔH- Δ(PV)= ΔH-P ΔV;

ΔV=V(г.523) – V(ж.293) ≈ V(г.523),

если принять, что объем жидкости незначителен по сравнению с объемом газа.

PΔV= PV(г.523) =RT=1,987 5236150С=1040

(при предположении, что газ идеальный ΔU=12450-1040=11410

Ответ: 33,28.; 11410 ; 12450

45. Найти изменение U,H,S,А и G при изотермическом расширении 5 молей кислорода, рассматриваемого как идеальный газ, от 100 до 1000 л при 25 °С, если Ср,298 = 29,38 Дж∙моль∙К-1.

Решение.

ΔU = ΔH = 0

ΔS=nRln Дж∙К-1

ΔА = ΔG =nRTln - 28,55 кДж

Ответ: ΔU = ΔH = 0; ΔS = 95,74 Дж∙К-1; ΔА = ΔG = - 28,55 кДж.

46. Найти изменение U, H, S, А и G при переходе 1 моля воды в пар при 100°С и 1 атм. При этой температуре мольный объем воды равен 18 мл, а мольный объем пара равен 30,2 л. Теплота испарения воды при 100 °С равна 40,65 кДж∙моль-1.

Решение.

Дж∙моль -1∙К-1

Q=ΔU+ΔnRT

108,98=ΔU+1∙8,314∙343

ΔU=37,55 кДж∙моль-1

A=Q-U=3,1 кДж∙моль-1

Ответ: ΔG = 0; ΔН= 40,65 кДж∙моль-1; ΔU= 37,59 кДж∙моль-1; ΔS= 108,92 Дж∙моль -1∙К-1; ΔА = -3,06 кДж∙моль-1.

47. а) Найти ΔН0 при 10000К для реакции NaCl(тв)→Na(г)+Сl2(г); =124,1 ккал и =−1,585 - 3,82·10-3 Т – 0,34·105Т-2.

б)Выполняется ли соотношение ΔS0=ΔH0/T для (1) приведенной реакции при 250С; (2) реакции NaCl(тв)→NaСl(г) при 250С; (3) реакции NaCl(ж)→NaСl(г) при 14130С(температура кипения NaСl)? Объясните каждый случай, предполагая, что газы идеальные.

Решение.

а)

б) Для любого изотермического процесса

Только если =0.

  1. Нет. Как видно из эксперимента, для этого необратимого процесса 0.

  2. Нет. Для этого процесса также 0. Индекс «0» показывает, что летучесть NaCl(г) равна 1 атм, а, как мы знаем, давление насыщенных паров NaCl значительно меньше 1 атм при 250С.

  3. Да. Летучесть NaCl (и давления паров, поскольку газ считается идеальным) при температуре кипения равна 1 атм. Если процесс будет обратимым и изотермическим при этом постоянном давлении, то работа, исключая работу расширения, будет равна нулю. Следовательно,0.

Ответ: ; 1) нет; 2) нет; 3) да.

48. ΔН0 для процесса плавления воды при 00С равна 1436 . Ср для твердой и жидкой воды составляет соответственно 8,9 и 18,0 . Определите а) ΔН, б) ΔS и в) ΔС при постоянном давлении 1 атм для следующего процесса:

Н2О(тв,-100С)→ Н2О(ж,-100С).

;

Решение.

а)

б)

(Заметим, что =0, поэтому =. Как будет показано в пункте (в), ΔS и ΔН нельзя определить таким путем при других температурах.)

в)Метод I. .

Метод II.

;

.

Метод III.

Ответ: ; ; .

49. Вычислить Δr473 реакции: 1/2N2 + 1/202 = NO, если

ΔrG0298 = 86,44 кДж∙моль-1 а стандартные энтропии ( Дж∙моль -1∙K-1 и средние теплоемкости веществ (Сp,298, Дж∙моль -1∙К-1) равны:

Вещество

N2(г)

191,50

29,12

О2(г)

205,04

29,38

NO(r)

210,64

29,86

Решение.

Дж∙моль -1∙K-1

ΔrG0298=H-TS=H-298∙

ΔH=90,12

G0473=H-TS=90,12-473∙ кДж∙моль-1

Ответ: G0473= 84,25 кДж∙моль-1.

50. Вычислить реакции ΔrG0973 для: 2С02(Г) =2СО (г) + 02(г), если стандартные значения равны:

Ве-

щест-

во

Δr кДж∙моль-1

, Дж∙моль-1∙К-1

, Дж∙моль-1∙К-1

co2(r)

-393,52

213,67

37,14

co(r)

-110,53

197,55

29,14

02(r)

205,04

29,38

Решение.

кДж∙моль-1

Дж∙моль-1∙К-1

ΔrG0500=H-TS=565,98-973∙ кДж∙моль-1

Ответ: ΔrG0973 = 391,48 кДж∙моль -1.

51. Вычислить реакции ΔrG0500 для: Fe2C03(т) = FeO(т) + C02 (г), если значенияи Δr, стандартные энтропии и теплоемкости веществ равны:

Вещест-

во

Δr кДж∙моль-1

, Дж∙моль-1∙К-1

, Дж∙моль-1∙К-1

FеСО3(т)

-738,15

95,40

83,26

FeO(т)

-264,85

60,75

49,92

со2(г)

-393,52

213,67

37,14

Решение.

кДж∙моль-1

ΔrG0500=H-TS=79,78-500∙ кДж∙моль-1

Ответ: ΔrG0500 =- 9,95 кДж∙моль-1 .

МНОГОВАРИАНТНЫЕ ЗАДАЧИ

52. Вычислить стандартные изменения изобарного потенциала химической реакции при 25°С по стандарт­ным значениям энтальпий образования и абсолютных эн­тропии, воспользовавшись таблицами стандартных вели­чин. Все реакции проводятся между чистыми твердыми, жидкими и газообразными веществами (не в растворе).

Номер задачи

Реакции

1

ZnО (т) + СО (г) =Zn (т) + С02 (г)

2

ZnS (т) + Н2 (г) = Zn (т) + H2S (г)

3

2С02 (г) = 2СО (г) + 02 (г)

4

СО (г) + НгО (ж) = С02 (г) + Н2 (г)

5

2HI (г) = Н2 (г) + I2 (г)

6

СО (г) + 2Н2 (г) = СН3ОН (ж)

7

NH3 (г) + НСl (г) =NH,Cl (т)

8

Н2 (г) + С02 (г) =СО (г) + Н20 (ж)

9

С02 (г) + 4Н2 (г)=СН4 (г) + 2Н20 (ж)

10

20 (ж) =2Н2 (г) + 02 (г)

11

SO2 (г) + С!2 (г) =S02CI2 (г)

12

СО (г) + С12 (г) =СОС12 (г)

13

4HCI (г) + 02 (г) =2Н20 (ж) + 2С12 (г)

14

СНзСООН (г) + 2Н2 (г) = 2СН3ОН (г)

15

СО (г) + ЗН2 (г) = СH4 (г) + Н20 (г)

16

Н2 (г) + НСОН (г) = СНзОН (г)

17

4NH3 (г) + 502 (г) = 6Н20 (г) + 4NO (г)

18

Са(ОН)2 (т) =СаО (т) + Н20 (ж)

19

РСl5 (г) = PCl3 (г) + Сl2(г)

20

С2Н4 (г) + 302 (г) =2С03 (г) + 2Н20 (ж)

21

СаСОз (т) =СаО (т) + С02 (г)

22

H2S (г) + COS (г) =Н20 (г) + CS2 (г)

23

H2S (г) + С02 (г) =Н20 (г) + COS (г)

24

СбН6 (г) + ЗН2 (г) =С6Н12 (ж)

25

С2Н5ОН (ж) = С2НЧ (г) + Н20 (ж)

26

СН4 (г) + 2H2S (г) = CS2 (ж) + 4Н2 (г)

27

2AgN03 (т) = 2Ag (т) + 2N02 (г) + 02 (г)

28

4С0 (г) + 2S02 (г) =S2 (г) + 4С02 (г)

29

2NaHC03 (т) = Na2C03 (т) + Н20 (г) + С02 (г)

30

MgC03 (т) = MgO (т) + С02 (г)