Примеры А и Б части

Дано:

Решение

ωK2CO3 16%

а) Молярную концентрацию экви-

ρр ра 1,149 г/см3

валента

карбоната

калия

определяем

cэк (К2СО3) 0,2 моль/л

по формуле:

Н

У

Vр ра 3 л

c

(К

СО

)

mК2

СO3

эк

2

3

M

эк

(К

СО

) V

2

3

р ра

Vр ра(16%) ?

Б

Т

Следовательно:

mK2CO3

cэк(K2CO3) Mэк(К2СО3) Vр ра ;

и

m

c

(K

CO

) М

р

й0,2 138

3 41,4г .

K2CO3

эк

2

3

2 1

ра

2

го

аство а К2СО3, который содержит

т

Рассчитываем массу 16 %-

41,4 г К2СО3.

и

Согласно условию задачи в 100 г 16 %-го раствора содержится

16 г К2СО3. Составляем пропорцию:

з

100 г р-ра – 16 г К2СО3

о

mр-ра(16 %)

– 41,4 г К2СО3.

mр-ра(16 %)

=

100 41,4

258,75 г.

п

m

16

е

ра

258,75

3

Vр-ра(16 %) =

р

Р

ρр ра

1,149

225,2см

.

Дано:

Решение

Vр-ра = 1 л

Массовую долю безводной соли (CuSO4)

ω(CuSO4 ) = 8 %

определяем по формуле

ρр-ра= 1,084 г/см3

m

ω(CuSO4)=

CuSO

4

100

, %,

mH

O ?

2

m

р ра

mCuSO4 5H2O ?

m

Т

откуда mCuSO4

CuSO4

р ра

У

100

Н

3

3

Масса раствора равна

mр ра Vр ра ρр ра ,

mр ра

1 10

1,084 1084г , где 10

й

– коэффициент перевода лит-

ров в сантиметры кубические. Тогда масса CuSOБ4 в растворе со-

ставляет

р

m

1084 8 86,7г .

CuSO4

100и

Масса CuSO4·5H2O, с держащая найденную массу безводной со-

ли (m

и

), может бы ь найдена по пропорции:

CuSO4

з

о

MCuSO

4

5H

2

O MCuSOт

250 г/моль – 160 г/моль

4

о

mCuSO4

mCuSO4 5H2O – 86,7 г.

mCuSO4

5H

2O

п

Тогда

е

mCuSO4

250 86,7

5H2O

135,5г.

Р

160

Зная массураствора и кристаллогидрата, определяем массуводы:

mH2O mр-ра

mCuSO4 5H2O 1084 135,5 948,5 г.

Ответ: mH2O 948,5г, mCuSO4 5H2O 135,5г .

4. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

УРОВЕНЬ А

1. Указать,

какие из приведенных реакций являются эндо-

термическими:

У

а) Mn(к) + 1/2O2(г) = MnO(к);

Т

б) 1/2N2(г) + 3/2H2(г) = NH3(г);

в) 1/2N2(г) + 1/2O2(г) = NO(г).

Н

Решение

Б

Так как данные реакции являются реакциями образования 1 моль

сложного вещества из простых веществ,

то изменение энтальпии

й

приведенных процессов есть стандартная энтальпия образования

этих веществ. Для определения теплового эффекта (изменения эн-

тальпии) реакции из таблицы

выписываем

значения стандартных

энтальпий образования: MnO(к)), NH3(г), NO(г):

fHо

р

(298 К, MnO(к)) = –384,93 кДж/моль;

о

fHо(298 К, NH3(г)) = –46,2 кДж/моль;

Эндотермическ ми

являются те реакции, изменения энтальпии ко-

fHо

= (298 К, NO(г)) = 90,3 кДж/моль.

Ответ: в).

имеют

рицательные значения изменения энталь-

Реакции

а, б

пии, а реакция в –

полож ельное значение изменения энтальпии.

торых имеют полож тельные значения.

п

2. Без испзльзования табличных данных определить, для

каких из

еречисленных реакций изменение энтропии имеет

е

положительноеозначение:

Р

а) CO(г) + H2(г) = C(к) + H2O(г);

реакций имеет отриательное значение.

Ответ: б).

У

3. Написать формулу для расчета стандартной энтальпии

растворения вещества. Указать единицы измерения.

Т

Ответ:

[C(р ра) mр ра (tкон tнач)] MB

раствН°(298К) =

Qp

MB

=

, кДж/моль.

mB 1000

m 1000

B

Б

УРОВЕНЬ В

1. Рассчитать изменение стандартных энтальпииНи энтропии

химической реакции

4HCl(г) + O2(г) = 2Н2О(г) + 2Сl2(г)

р

йРешение

Дано:

Уравнения химической

Изменен е стандартных энтальпии

реакции

о

и энт пиихимической реакции рас-

rHo(298 K) – ?

oт

o

считываем на основании первого след-

rSo(298 K) – ?

с вия из закона Гесса:

rHo(298 K) = [2 fHo(298 K, Н2О(г)) + 2 fHo(298 K, Cl2(г))] –

– [4 fH (298 K, НCl(г)) + fH (298 K, О2(г))];

o

иo

o

rS (298 K) = [2S

(298 K, Н2О(г)) + 2S

(298 K, Cl2(г))] –

п

o

o

где

з– [4S (298 K, НCl(г)) + S

(298 K, О2(г))],

o

o

(298 K, В) – стандартные энтальпии образо-

rH о(298 K, В) и

S

вания и энтропии веществ, которые находим из таблицы:

o

4HCl(г)

+ О2(г)

= 2Н2О(г)

+ 2Сl2(г)

rH (298K)

4(-92,3)

0

2(-241,84)

0

кДж/моль

РSo(298 K),

4(186,8)

205

2(188,7)

2(222,9),

Дж/(мольК)

2.

Стандартная энтальпия сгорания этилена (С2

Н4) равна

–1410,8

У

кДж/моль. Написать термохимическое уравнение сго-

Т

рания этилена и вычислить стандартную энтальпию его обра-

зования.

Н

Дано:

Решение

flHo(298 K, C2H4(г)) =

Б

= –1410,8 кДж/моль

Составляем реакцию сгора-

ния 1 моль этилена:

fHo(298 K, C2H4(г)) – ?

й

1C2H4(г) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 2Н2О(ж);

и

flHo(298 K) = – 1410,8 кДж/моль.

сго

Стандартной энтальпией

ания вещества называется тепловой

эффект реакции полного сг

ания 1 моль органического вещества

до СО2(г) и Н2О(ж) при с андар

рных условиях.

Следовательно, для данн й реакции

з

flHo(298тK) = rHo(298 K) = –1410,8 кДж.

Для

o

пределенияиfH (298 K, C2H4(г)) используем первое следст-

п

вие из зак на Гесса для этой же реакции:

е

o

o

o

rHо(298 K) = 2 fH (298 K, СО2(г)) + 2 fH (298K, Н2О(ж)) –

Р

– fHo(298 K, С2Н4(г)) – 3 fHo(298 K, О2(г)).

Откуда

fHo(298 K, С2Н4(г)) = 2 fHo(298 K, СО2(г)) +

+ 2 fHo(298K, Н2О(ж)) – rHo(298K) – 3 fHo(298K, О2(г)).

fHo(298 K, С2Н4(г)) = 2(–393,5) +

+ 2(–285,8) – (–1410,8) = 52,2 кДж/моль.

У

Ответ: fHo(298 K, С2Н4(г)) = 52,2 кДж/моль.

Т

3. По заданным термохимическим уравнениям рассчитать

Н

стандартную энтальпию образования Fe2O3(к) из простых ве-

ществ:

Б

Fe(к)

+1/2O2(г) = FeO(к),

(4.1)

rHo(298 K, 1) = – 264,8 кДж.

й

(4.2)

4FeO(к) + O2(г) = 2Fe2O3(к), rHo(298 K, 2) = – 585,2 кДж.

Дано:

Решение

Термохимические

уравне-

Стандартная энтальпия

образова-

ния двух реакций

н я вещества есть тепловой эф-

о

фектиеакции образования 1 моль

rHo(298 K) искомой реакции

Fe2O3(к) из простых веществ при

т

рстандартных условиях.

Запишем

и

термохимическое уравнение реакции образования Fe2O3(к) из про-

стых веществ Fe(к)

O2(г):

го

2Fe(к) + 3/2O2(г) = Fe2O3(к).

(4.3)

п

Из двух реакцийз(4.1) и (4.2) необходимо получить реакцию (4.3).

Для эт

складываем термохимические уравнения (4.1) и

(4.2),

е

пр дварительно умножив на 2 стехиометрические коэффициенты

р акции (4.1) и разделив на 2 стехиометрические коэффициенты

р акции (4.2):

2Fe(к) + O2(г) + 2FeO(к) + ½O2(г) = 2FeO(к) + Fe2O3(к).

РПосле сокращения получаем уравнение реакции (4.3):

rHo(298 K, 3) = 2 rHo(298 K, 1) + ½ rHo(298 K, 2) =

У

= 2(-264,8) + ½(-585,2) =

– 822,2 кДж.

Т

Так как реакция (4.3) соответствует образованию 1 моль Fe2O3 из

простых веществ, то

Н

o

fH (298 K, Fe2O3) = – 822,2 кДж/моль.

Ответ: fHo(298 K, Fe2O3) = – 822,2 кДж/моль.

УРОВЕНЬ С

Б

1. Вычислить стандартную энтальпию растворения NaOH в

й

воде, если при растворении 10 г NaOH в 250 мл воды темпера-

тура раствора повысилась от 20 до 29,7 ºС. Удельная теплоем-

кость раствора 3,99 Дж/(г·К).

Решение

Дано:

mNaOH 10г

т

Стандаитную энтальпию раство-

mH

O 250г

ения

ассчитываем по уравнению

р

Н

(298К,NaOH)

2

о

tнач 20 С

раств.

=

QP MNaOH

, кДж/моль

tкон

29,7

С

mNaOH 1000

C

о

– молярная масса NaOH,

р(р ра)

и

г/моль;

раств.Ho(298зK, NaOH) – ?

Qp

= mр-ра·Ср(р-ра)·(tкон tнач) –коли-

чество

выделившейся теплоты при растворении NaOH, Дж;

mр-ра –масса раствора, г;

Р

Спр(р-ра) – теплоемкость раствора, кДж/(г К);

Т

2. Используя справочные данные по fHo(298 K, В) и So(298 K, В),

вычислить изменение энергии Гиббса реакции и сделать вывод

о возможности протекания реакции

Н

У

Al2S3(к) + 6Н2О(ж) = 2Al(OH)3(к) + 3H2S(г)

при температуре 300 К.

Б

й

Дано:

Решение

Уравнения реакции

Возможность

самопроизвольного про-

rGo(300 K) – ?

и

текания реакц

при 300 К, определяется

можна..

энерг

знаком величины изменения

Г ббса для данной реакции:

если

rG°(300 К) < 0, самоп о звольное протекание реакции при

то

заданных условиях возможно;

если

rG°(300 К) > 0,

п и заданной температуре реакция невоз-

т

rS°(298 К) –именение стандартной энтропии реакции, Дж/К;

Значение

rG°(300 К) рассчитываем поформуле

rG°(300 К) =

rН°(298 К)·103 – Т rS°(298 К),

где

rН°(298 К) –

менен е стандартной энтальпии реакции, кДж;

103 – пересчетзкДж в Дж.

rS°(298 К) определяем согласно первому

Значение

rН°(298 К) и

е

сл дствиюоиз закона Гесса:

Р

пrН°(298 К) = [2ΔfН°(298 К, Al(OH)3(к)) + 3ΔfН°(298 К, H2S(г))] –

– [ΔrН°(298 К, Al2S3(к)) + 6ΔfН°(298 К, H2O(ж))];

rS°(298 К) = [2S°(298 К, Al(OH)3(к)) + 3S°(298 К, H2S(г))] –

– [S°(298 К, Al2S3(к)) + 6S°(298 К, H2O(ж))];

где

fН°(298 К, В) и S°(298 К, В) – стандартные энтальпии образова-

fН°(298К),

Al2S3(к) +

6H2O(ж)

= 2Al(OH)3(к)

+3H2S(г)

-722,72

6(-285,8)

2(-1613,64)

3(-21,0)

кДж/моль

S°(298К),

96,14

6(70,1)

2(85,68)

3(205,7)

Дж/(моль·К)

У

rН°(298 К) = [2(–1613,64) + 3(–21,0)] –

Т

– [(–722,72) + 6(–285,8)] = –852,76 кДж.

S°(298 К) = [2·85,68 + 3·205,7]– [96,14 + 6·70,1]=271,72 Дж/К,

тогда

rG°(360 К) = –852,78·103 – 300·271,72= –771264 ДжН= –771,3 кДж.

й

Так как rG°(300 К) < 0, то самопроизвольноеБпротекание реакции

возможно.

и

р

3. Известныизменения стандартныхэнтальпий следующих

реакций:

о

rН°(298 К) = – 566 кДж;

(4.4)

2CO(г) + О2(г) = 2CO2(г),

2Fe(к) + O2(г) = 2FeO(к),

rН°(298 К) = – 529,6 кДж.

(4.5)

з

rН°(298 К) =- 585,2 кДж.

(4.6)

FeO(к) + О2(г)т= 2Fe2O3(к)

о

менение стандартной энтальпии реакции

Вычислить и

п

Fe2O3(к)

+ 3CO (г) = 2Fe (к) + 3СО2(г).

(4.7)

Решение

Дано:

Р

Т рмохимическое урав-

Комбинируя уравнения (4.4), (4.5) и

н ния трех реакций

е

(4.6),

необходимо получить искомое

o

rН (360 K) заданной

уравнение.

реакции – ?

Для этого следует:

1. Определить искомое и заданные уравнения.

Искомое уравнение (4.7), а заданные – (4.4), (4.5) и (4.6).

ников реакции, которые отсутствуют в искомом уравнении;

У

б) умножении заданных уравнений и их тепловых эффектов на

числа, которые позволяют получить коэффициенты, стоящие перед

теми же веществами в искомой реакции;

Т

в) умножении заданных реакций и тепловых эффектов на (-1) в

случае, если для получения искомого уравнения необходимо перевес-

ти вещества заданной реакции вправоили влево от знака равенства.

4. Складываем левые и правые части предварительно подготов-

ленных заданных уравнений и их тепловые эффекты.

Для решения задачи в первом термохимическом

Нуравнении при-

й

водим в соответствие коэффициенты, необходимые для получения

искомого уравнения. Для этого

уравнение

(4.4)Бумножаем на 3/2,

получаем:

3CO(г) + 3/2 О2(г) = 3CO2(г).

(4.8)

о

Второе заданное уравнение умн жаем на –1, т.к. в искомом урав-

нении 2Fe (к)

стоят в прав й частируравнения, а в заданном – в левой

и

части уравнения, в резуль а е п лучаем

т–2Fe(к) – O2(г) = –2FeO(к).

(4.9)

Третье аданн е уравнение умножаем на (–1/2),

т.к. в искомом

п

уравнении имеемз1 моль Fe2O3(к), который находится в левой части

уравнения, а в заданном 2 моль Fe2O3

находится в правой части

е

уравн нияо, в результате получаем: