Контрольные вопросы и упражнения

1. Выделением или поглощением тепла сопровождается термическое разложение хлорида аммония?

Решение. Запишем уравнение реакции NH₄Cl  NH₃ + HCl. Следовательно Н^о₂₉₈ = Н^о₂₉₈(NH₃) + Н^о₂₉₈(HCl) - Н^о₂₉₈(NH₄Cl) = (-46,2-92,2)-(-314,2) = +175,8 кДж/моль.

Ответ: Термическое разложение NH₄Cl является реакцией эндотермической.

2. Чему равно изменение внутренней энергии U при испарении воды массой 100 г при 20 ^оС, если принять, что водяной пар подчиняется законам идеальных газов, а объемом жидкости, который незначителен по сравнению с объемом пара, можно пренебречь. Удельная теплота парообразования воды q = 2445 Дж/г.

Решение. U=Q - pV, так как Q=qm и pV = , то

U=2,445^.100 - ^. 8,31 ^. 10^{-3 .} 293 = 244,5-13,53 = 230,97 кДж

Ответ. Внутренняя энергия увеличивается на 230,97 кДж.

3. Возможно ли осуществление процесса восстановления металлического железа из оксида Fe₂O₃ действием водорода при стандартных условиях Fe₂O_{3 (к)} + 3Н_2(г)  2 Fe_(к) + 3Н₂О_(ж) ?

Решение. Из таблиц термодинамических величин берут значения Н^о₂₉₈ и S^о₂₉₈ для всех веществ, участвующих в реакции. По закону Гесса вычисляют Н^о₂₉₈ реакции:

Н^о₂₉₈ = 3Н^о₂₉₈Н₂О_(ж) - Н^о₂₉₈Fe₂O_{3 (к)} = 3 (-285,8) – (-822,0) = -857,4 + 822,0 = -35,4 кДж/моль.

Для данной реакции вычисляют S^о₂₉₈

S^о₂₉₈ = 3S^о₂₉₈Н₂О_(ж) + 2S^о₂₉₈Fe_(к) - S^о₂₉₈Fe₂O_{3 (к)} + 3S^о₂₉₈ Н_2(г) = (3^.70,1 + 2,27^.2)-(87,0 + 3^.130,5) = -213,8 Дж/(К^.моль)

По найденным значениям вычисляют G реакции:

G ^о₂₉₈= Н^о₂₉₈ - TS^о₂₉₈= -35,4 + 213,8^.10^-3.298 = 28,34 кДж/моль

Ответ. Положительное значение G⁰ указывает на невозможность восстановления Fe₂O₃ водородом при стандартных условиях.

4. Укажите названия систем, для которых первый закон термодинамики имеет выражение: а) U=Q; б) U=-А; в) U=0; г) U=Q - А; д) U0;

5. Из следующего набора простых веществ О_3(г), C_(алмаз), Hg_(г), Na_(т), P_{4(белый)}, O_2(г), P_{(красный)}, Mg_(ж), Hg_(ж), Br_2(ж), I_2(г), C_{(графит)}, Ar_(г), Br_2(г), Mg_(т), Na_(г), I_2(т), I_(г) укажите вещества, для которых значение стандартной энтальпии образования условно принято равным нулю. Ответы проверьте по справочнику.

6. Укажите, какие из приведенных фазовых переходов будут экзотермическими, а какие эндотермическими:

а) Hg_(ж)= Hg_(г); б) Na_(т)= Na_(ж); в) I_2(г)= I_2(т); г) C_{(графит)}= C_(алмаз); д) Br_2(г) = Br_2(ж); е) S _(ромб) = S_(г);

7. Определите, не проводя расчет, энтальпия какой из следующих реакций соответствует стандартной энтальпии образования Н^о жидкой серной кислоты:

а) Н₂SO_{4 (г)} = Н₂SO_{4 (ж)} Н^о₁=-70 кДж;

б) Н₂SO_{4 (ж)}^. Н₂О_(ж) = Н₂SO_{4 (ж)} + Н₂О_(ж) Н^о₂=+28 кДж;

в) Н₂О_(г) + SO_2(г) = Н₂SO_{4 (ж)} Н^о₃=-176кДж;

г) H_2(г) + 2O_2(г) + S_(т) = Н₂SO_{4 (ж)} Н^о₄=-814 кДж;

д) H_2(г) + 2O_2(г) + S _(г) = Н₂SO_{4 (ж)} Н^о₅=-1093 кДж;

е) H_2(г) + O_2(г) + SO_2(г) = Н₂SO_{4 (ж)} Н^о₆=-517 кДж;

8. В сосуде, разделенном перегородкой, в обеих частях находятся одинаковые количества газа А с энтропией каждой части S_A при условии T=соnst. Укажите, чему будет равна энтропия всего газа S после удаления перегородки:

а) S=2S_A; б) S=S_A; в) S> S_A; г) S>2S_A; д) S<2S_A;

9. По известным значениям стандартной энтропии для приведенных реакций определите, какие из этих реакций являются термодинамически возможными в изолированной системе:

а) CS_2(ж) + 3O_2(г) = CO_2(г) + 2SO_2(г) S^о =-56 Дж/К;

б) 4Н₂О_(г) + 3Fe_(т) = 4Н_2(г) + (Fe^IIFe₂^III)О_4(г) S^о =-167 Дж/К;

в) Al₂(SO₄)_3(т) = Al₂O_3(т) + 3SO_3(г) S^о =+583 Дж/К;

г) 2H₂O_2(ж) = 2H₂O_(ж) + O_2(г) S^о =+125Дж/К;

10. Проанализируйте уравнение G=Н-TS и укажите, как зависит G от температуры, если а) S<0; б) S>0; в) S=0.

11. В справочнике приведены три значения стандартной энтропии для следующих веществ

I₂ S₁^о = 137, S₂^о = 261, S₃^о = 116 Дж/(К^.моль)

K S₁^о =160, S₂^о = 71, S₃^о = 65 Дж/(К^.моль)

H₂O S₁^о =39, S₂^о = 70, S₃^о = 189 Дж/(К^.моль)

Какому агрегатному состоянию этих веществ соответствует каждое значение S^о?

10. При сжигании графита образовался оксид углерода (IV) массой 8,86 г. Вычислите энтальпию образования СО₂ из элементов. Энтальпия реакции Н = -79,2 кДж.

Ответ: Н^о₂₉₈ = -393,3 кДж/моль

10. Вычислите стандартную энтальпию образования бензола С₆Н₆ из элементов, если стандартная энтальпия его сгорания равна –3301,3 кДж/моль, Н^о₂₉₈СО_2(г)=-393,5 и Н^о₂₉₈Н₂О_(ж)=-285,8 кДж/моль.

Ответ: Н^о₂₉₈ = 82,9 кДж/моль

14. Найдите стандартную энтальпию образования NH_3(г), зная, что окисление NH₃ протекает по термохимическому уравнению:

4NH_3(г) +3O_2(г) = 2 N_2(г) + 6H₂O_(ж) Н^о₂₉₈ = -1530 кДж

Ответ: Н^о₂₉₈ =-46,2 кДж/моль

15. Найдите G^о₂₉₈ реакции: а) CO_(г) +1/2O_2(г) = CO_2(г)

б) 1/2N_2(г) +3/2H_2(г) = NH_3(г); в) C₆H_6(ж) + NH_3(г) = С₆Н₅NН_2(ж) + H_2(г). Для анилина С₆Н₅NН_2(ж) значения H^о₂₉₈ и S^о₂₉₈ соответственно равны 35,3 кДж/моль и 141,7 Дж/(К^.моль). Объясните, почему в первой реакции энтропия убывает, как будет изменяться G с ростом температуры для второй реакции, если Н при этом остается практически постоянной величиной? Перспективна ли третья реакция для получения аналина?

Ответ: а) G^о₂₉₈= -257 кДж/моль, б) G^о₂₉₈=-16,5 кДж/моль

16.Сколько было взято гидроксида натрия, если при его нейтрализации хлороводородом по реакции

NaOH_(к) + HCl_(г) = NaCl_(к) + H₂O_(ж) выделилось 352,9 кДж теплоты?

Ответ: 80 г

Н^о(NaOH_к) = - 425,6 кДж/моль

Н^о(HCl₂) = - 91,8 кДж/моль

Н^о(NaCl_к) = - 411,1 кДж/моль

Н^о(H₂O_ж) = - 285,83 кДж/моль