onch_posobie

образования мочевины (NH2)2CO(т).

(Отв. -333,1)

407. Используя термохимические уравнения атомизации H2(г) = 2Н(г);

H = 435,8 кДж, O2(г) = 2O(г); H= 494,8 кДж, H2O(г) = 2H(г) + O(г); H = 925,0 кДж, вычислите теплоту образования H2O(г).

(Отв. -241,8 )

408. Используя энергии атомизации (Есв)H2 (г), Cl2 (г), вычислите средние энергии связи в молекулах HCl(г) и CH4 (г).

(Отв. 431,8; 312,4)

409. Определите H реакций, протекающих при фотосинтезе глюкозы в растениях под действием солнечной энергии и катализатора-

хлорофила: 6CO2(г) + 6H2O(ж) = C6H12O6(к) + 6O2(г) и разложении ее, например, в организме человека: C6H12O6(к) = 2C2H5OH(ж) + 2CO2(г). Какое количество тепла приходится на 1 кг синтезируемой и расходуемой глюкозы?

(Отв. 2815,8; -82,2; -15655,8; -457,0 )

410. Используя термохимическое уравнение H2O2(ж) = H2O(ж) + 0,5O2(г); H = -98,8 кДж, вычислите теплоту образования H2O2(ж). Какое количест-

во тепла выделится при разложении 1 кг H2O2(ж)?

(Отв.-187,0; -2905,9 )

411. Вычислите теплотворную способность смеси газов (кДж/м3), содержащей в равных количествах CO, CH4 и C2H6 (н.у.), если теплоты их сгорания равны 283, 890 и 1557 кДж/моль, соответственно. Вклад какого

82

из компонентов наиболее значим?

(Отв. 40622,7 )

412. При образовании из простых веществ 10 г хлорида хрома(III) выделилось 35 кДж тепла. Вычислите Hобразования CrCl3(т) и составьте термохимическое уравнение реакции.

421. При растворении соли CaCl2 и ее кристаллогидрата в большом количестве воды получены следующие термохимические уравнения:

CaCl2(т) + aq CaCl2(aq); H = -75,2 кДж, CaCl2 6H2O(т) + aq CaCl2(aq);

H= +18,8 кДж. Рассчитайте теплоту гидратации CaCl2 до CaCl2 6H2O.

422.Cоставьте сокращенные ионно-молекулярные уравнения следующих химических реакций, протекающих в разбавленных растворах, и

дующих химических реакций, протекающих в разбавленных растворах, и

83

а) K2S(aq) + H2O(ж) ; б) AlCl3(aq) + K2CO3(aq) + H2O(ж) .

(Отв .а) 90,0; б) 64,6)

425. Исходя из теплот образования оксидов железа(II) и железа(III), вычислите Hреакции окисления оксида железа(II) до оксида железа(III), предполагая получение 1 моль последнего.

(Отв. -293,9)

426. Реакция описывается уравнением C(т) + Н2О(г) = СО(г) + Н2(г). Вычислите тепловой эффект реакции получения 0,5 м3 (н.у.) водяного газа

(CO + H2).

(Отв. 1465,4)

427. В продуктах реакции (CuOH)2CO3(т) с HCl(г) обнаружено 5,6 л СО2 (н.у.), а измеренный Hреакции составил минус 28,38 кДж. Вычислите H образования гидроксокарбоната меди(II).

(Отв. -881,58 )

428. Растворение Na2SO4 сопровождается выделением теплоты:

Na2SO4(т) + H2O(ж) = Na2SO4(aq); H = -2,9 кДж, в то время как при растворении кристаллогидрата Na2SO4 10H2O происходит поглощение теп-

лоты: Na2SO4 10H2O(т) + H2O(ж) = Na2SO4(aq); H= 78,7 кДж. Чем объяс-

нить, что растворение одного вещества сопровождается выделением теп-

(Отв. 26,5; 20,1)

84

(Отв. 23,9; 41,11)

436.Для реакций горения органических веществ C2H4(г) + 2,5О2(г) =

=2СО2(г) + Н2О(ж); CH2O(г) + O2(г) = CO2(г) + H2O(ж); C6H12O6(к) + 6O2(г) =

= 6CO2(г) + 6H2O(ж) вычислите So и G и объясните полученные величины изменения энтропии в результате этих реакций.

437. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и газообразный сероуглерод CS2. Напишите уравнение этой реакции и вычислите ее изобарно-изотермический потенциал при стандартных условиях.

(Отв. 70,0)

438. Прямая или обратная реакция будет протекать в системах

С(графит) = С(алмаз); 2NO(г) + О2(г) = 2NO2(г); Sn(т)сер.= Sn(т)бел. при стандартных

условиях? Ответ мотивируйте вычисленными значениями G реакций. 439. Вычислите H , So и G реакций образования аммонийных со-

лей и сделайте вывод о влиянии энтальпийного и энтропийного факторов

на величину энергии Гиббса реакций: 2NH3(г)+ H2S(г) + 2O2(г) = (NH4)2SO4(т), NH3(г) + CO2(г) + H2O(г) = NH4НСО3(т). Протекание какой реакции предпочтительнее в стандартных условиях?

440. Реакция взаимодействия метана с диоксидом углерода протекает

= 1/2N2(г) + 1,5Н2О(г), лежащих в основе промышленных методов очистки газов от NH3.

(Отв. -239,5; -332,1)

444. На основании H образования и So298 компонентов системы вы-

числите G реакций 4FeS2(т) + 11O2(г) = 2Fe2O3(т) + 8SO2(г), 3FeS2(т) + 8O2(г)

85

= Fe3O4(т) + 6SO2(г.), лежащих в основе промышленных методов получения серной кислоты.

щихся при очистке воды и в производстве бумаги: 2Al(OH)3(к) + 3H2SO4(ж) =

Al2(SO4)3(р) + 6H2O(ж), Al2O3(к) + 3H2SO4(ж) = Al2(SO4)3(к) + 3H2O(ж). Протека-

ние какой реакции предпочтительнее в стандартных условиях?

(Отв. -99,2; -223,3)

446. Возможно ли при стандартных условиях образование анилина и

карбамида (мочевины) по реакциям NH3(г) + С6H6(г) = C6H5NH2(ж) + H2(г), 2NH3(г) + СО2(г) = (NH2)2СО(т) + H2O(ж)?

447. Формальдегид и карбамид (мочевина) из простых веществ образу-

ются по уравнениям: C(графит) + H2(г) + 0,5O2(г) = CH2O(г); H = -118,6 кДж, N2(г) + 0,5O2(г) + 2H2(г) + C(графит) = (NH2)2СО(т); H = -330,2 кДж. Вычисли-

те So и G для этих реакций, используя приведенные в задании тепловые эффекты.

(Отв. -20,36; -112,5; -456,36; -194,2)

448. Рассчитайте температуру начала разложения хромового ангидрида с образованием оксида хрома(III): 2CrO3(т) = Cr2O3(т) + 1,5O2(г).

(Отв. 196)

449.Используя значения G образования компонентов системы, вычислите Gреакции образования в растворе галогенидов серебра из соответствующих ионов Ag+(р) + Э-(р) = AgЭ(т), где Э – F, Cl, Br, I. Расположите соли в порядке уменьшения их растворимости.

450.Используя G образования компонентов системы, рассчитайте G реакций разложения аммонийных солей: NH4Cl(т) = NH3(г) + HCl(г),

(NH4)2SO4(т) = 2NH3(г) + H2SO4(ж), NH4HCO3(т) = NH3(г) + CO2(г) + H2O(ж). Рас-

положите соли в порядке уменьшения их устойчивости.

451. Используя значения Hплавл и Sплавл, вычислите температуру фазовых превращений простых веществ: Al(т)=Al(ж), Ga(т) = Ga(ж), B(т) =

=B(ж). Расположите их в порядке увеличения температуры плавления.

452.Используя H образования и So298 компонентов системы, вы-

числите G реакций диссоциации: H3PO4(р) = H2PO4-(р) + H+(р), H2PO4-(р) = HPO42-(р) + H+(р), HPO42-(р) = PO43-(р) + H+(р). По какой ступени

предпочтительнее идет диссоциация H3PO4?

453. Можно ли получить оксид серы(VI) при стандартных условиях по

реакции CaSO4(т) + CO2(г) = СаСО3(т) + SO3(г)?

454. Какой из процессов разложения пероксида водорода термодинамически возможен при стандартных условиях: Н2О2(ж) = Н2(г) + О2(г),

Н2О2(ж) = Н2О(ж) + 0,5О2(г)?

455. Возможно ли получение газа фосфина при взаимодействии твердого оксида фосфора(V) с жидкой водой?

86

456. Вычислите G образования FeS2, исходя из G реакции:

7.ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

ИХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

7.1. Скорость химической реакции

При определении скоростей учитывается, что реакции могут быть гомогенными – протекающими в однофазной системе, или гетерогенными – протекающими в системах, состоящих более чем из одной фазы. К последним относится, например, горение угля, поскольку в этом случае одно из реагирующих веществ находится в твердой фазе, а другое, так же, как и продукт реакции, в газовой фазе: С (т) + 02 (г)= СО2 (г).

Гомогенные реакции протекают во всем объеме системы, а гетерогенные – только на поверхности раздела фаз, где реагирующие вещества могут соприкасаться друг с другом.

Скорость гетерогенных реакций измеряется количеством вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз:

вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единицу объема:

то vср средняя скорость за отрезок времени t равна отношению cМ/ t. Если t стремится к нулю, то в пределе средняя скорость vср становится скоростью v в данный момент времени, которая равна производной от концентрации cМ по времени:

где i – i-й участник химической реакции;

87

знак (-) используется для исходных веществ,

(+) – для продуктов реакции;

ni – стехиометрический коэффициент перед i-м участником реакции. Скорость реакции Н2 + I2 = 2НI может быть выражена (при обозначе-

нии концентрации вещества квадратными скобками) следующим образом:

Скорость химической реакции зависит:

-от природы реагирующих веществ;

-от условий, при которых протекает реакция: концентрация реагирующих веществ, температура, давление (для газов), облучение квантами света и др.;

-от присутствия катализаторов.

Зависимость скорости реакции от концентрации дается законом дей-

ствующих масс (з.д.м.): скорость элементарной химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Для элементарной реакции mА+nВ ее скорость согласно закону действующих масс выражается равенством

где k — коэффициент пропорциональности, который называется константой скорости химической реакции. Если концентрации реагирующих веществ равны единице, то v = k, то есть константа скорости численно равна скорости химической реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных единице. Константа скорости зависит от температуры и природы реагирующих веществ, но не от их концентраций. Значение k для различных реакций при одной и той же температуре дает сравнительную характеристику способности исходных веществ к взаимодействию при этой температуре.

В выражение з.д.м. для гетерогенных реакций концентрация твердых веществ не входит. Это объясняется тем, что в реакции участие принимает не вся масса твердого тела, а лишь частицы, находящиеся на его поверхности.

Увеличение или уменьшение давления газа соответственно во столько же раз увеличивает или уменьшает его концентрацию, что и определяет зависимость скорости реакции от давления.

Пример 1. Как изменится скорость гомогенной газовой реакции А2+2В 2АВ при увеличении общего давления в 3 раза?

Решение.

88

Пример 2. Вычислите скорость гетергенной химической реакции 2С(т)+О2(г) 2СО в начальный момент и в момент, когда прореагирует 70 % О2 , если его исходная концентрация равна 0,54 моль/л, а константа скорости реакции — 0,31c-1.

Решение.

Зависимость скорости реакции от температуры описывается правилом Вант-Гоффа, согласно которому

где vT2 – скорость реакции при температуре T2, до которой нагревалась или

охлаждалась система;

vT1 – скорость реакции при начальной температуре T1;

– температурный коэффициент скорости реакции, то есть число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при

ли при 300 оС время протекания составляет 45 мин, а температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8.

Решение.

89

Пример 4. Определите температурный коэффициент скорости реакции , если для реакции 2HI  H2 +I2 константа скорости при 684К равна 2,01 10-3 л/(моль с), а при 629 К — 8,9 10-5 л/(моль с).

Решение.

Увеличение скорости реакции с повышением температуры объясняется увеличением числа так называемых активных молекул, то есть молекул, обладающих достаточной энергией для химического взаимодействия при их столкновении. Та минимальная избыточная энергия по сравнению со средней энергией, которой должны обладать молекулы, чтобы реакция между ними стала возможной, называется энергией активации Ea. Преодоление этого энергетического барьера частицами исходных веществ связано с образованием активного комплекса (рис. 7.1), который затем превращается в продукты реакции за счет разрыва старых связей и образования новых, например:

Н2 + I2 Н2 … I2 2HI.

активный комплекс Разница между средней энергией молекул продуктов реакции и мо-

лекул исходных веществ (Ек – Ен) определяет тепловой эффект реакции (± H). Если Ек<Ен , то процесс будет экзотермическим, а если Ек > Ен – эндотермическим.

90