Завдання 5. Енергетика хімічних реакцій

5.1. Сформулюйте закон Гесса й обчисліть тепловий ефект реакції розкладу 560 дм³ амоніаку, якщо термохімічне рівняння має вигляд:

3H₂(г) + N₂(г) = 2NH₃(г) ; ΔH_х.р = – 92,4 кДж.

5.2. У чому полягає відмінність фазових перетворень від хімічних процесів? Обчисліть ентальпії таких фазових перетворень:

а) Fe(т) → Fe(г); б) H₂O(г) → H₂O(р).

5.3. При пропусканні водяної пари над розжареним вугіллям утворюється водень і вуглець (II) оксид. Обчисліть тепловий ефект реакції і кількість теплоти, що поглинають 10 кг вугілля.

5.4. Обчисліть ΔH^°₂₉₈ реакції: CaO(т) + SiO₂(т) = CaSiO₃(т). Яка це реакція: екзо- чи ендотермічна?

5.5. При взаємодії коксу і кисню утворюються вуглець (II) і (IV) оксиди.

Обчисліть теплоту утворення СО, користуючись термохімічними рівняннями:

C(т) + O₂(г) = CO₂(г)_; ΔH^°₂₉₈ = –393,5 кДж.

C(т) + ½O₂(г) = CO(г) ΔH^°₂₉₈ = ?

CO(г) + ½O₂(г) = CO₂(г) ΔH^°₂₉₈ = – 283,0 кДж.

5.6. Етиловий спирт можна використовувати як паливо. Складіть термохімічні реакції горіння й обчисліть теплоту утворення спирту, якщо при згорянні 11,5 г його виділяється 308,7 кДж теплоти.

5.7. При згорянні 1 моля глюкози C₆H₁₂O₆(т) до газоподібних CO₂ і H₂O виділяється 253,6 кДж теплоти. Обчисліть ΔH^°_утв глюкози. Як можна використати енергію цієї реакції?

5.8. Теплота згоряння етану, етилену й ацетилену дорівнює відповідно 7,01∙10³; 6,49∙10³; 5,86∙10³ кДж/моль. Складіть термохімічні рівняння реакцій і поясніть, чому для зварювання та різання металів використовують ацетилен, а не етилен чи етан.

5.9. Калій гідроксид розчиняють у воді. На руйнування кристалічної гратки 1 моля КОН потрібно 790,5 кДж теплоти, а при гідратації іонів К⁺ і ОН־ виділяється відповідно –338,9 і – 510,5 кДж теплоти. Обчисліть тепловий ефект розчинення КОН.

5.10. В ізольованій системі відбувається реакція:

2F₂(г) + 2H₂O(р) → 4HF(г) + O₂(г).

Як змінюються: а) внутрішня енергія; б) ентальпія системи?

5.11. Обчисліть зміну стандартної ентропії для процесів:

а) H₂O(р) → H₂O(т); в) 1½Н₂(г) + ½N₂(г) →NH₃(г);

б) Sn(біл) → Sn(сір); г) ½С(т) + ½СO₂(г) → CO(г).

5.12. Як впливає температура на ентропійний фактор реакції? Обчисліть ΔS^°₂₉₈ реакції термічного розкладання кальцій карбонату.

5.13. Обчисліть ΔH^°₂₉₈ і ΔS^°₂₉₈ реакції добування заліза із заліза (II) оксиду, якщо відновником є вуглець (II) оксид.

5.14. Обчисліть ΔG^°₂₉₈ для реакції:

NH₄Cl(т) = NH₃(г) + HCl(г).

Чи можливе спонтанне здійснення цього процесу за стандартних умов? Як впливає температура на константу рівноваги цього процесу?

5.15. При зварюванні низьковуглецевої сталі використовують флюси, що містять кремній (IV) оксид та марганець (II) оксид. Чи можливі при температурі 800 К зазначені нижче реакції? (Припустити, що ΔS^°₂₉₈ і ΔH^°₂₉₈ не залежать від температури):

а) SiO₂(т) + 2Fe(т) = 2FeO(т) + Si(т);

б) MnO(т) + Fe(т) = FeO(т) + Mn(т);

в) 4Fe(т) + 3O₂(г) = 2Fe₂O₃(т).

Відповідь обґрунтуйте на підставі розрахунку ΔG^°₂₉₈.

5.16. Визначте зміну енергії Гіббса для реакції при температурі 298 К:

NO(г) + ½O₂(г) = NO₂(г),

якщо ΔH^°₂₉₈ = – 57,3 кДж і ΔS^°₂₉₈ = –72,9 Дж/К. Яка з реакцій – пряма чи зворотна – більш імовірна?

5.17. Стандартний тепловий ефект реакції 2CuO(т) + ½O₂(г) на моль Cu₂O дорівнює 163,2 кДж/моль. Знайдіть стандартну теплоту утворення Cu₂O.

5.18. При якій температурі стає термодинамічно можливою реакція відновлення TiO₂ вуглецем, якщо припустити, що ΔS^°₂₉₈ і ΔH^°₂₉₈ не залежать від температури?

5.19. Обчисліть тепловий ефект реакції відновлення 1 моля Fe₂O₃ металевим алюмінієм.

5.20. Газоподібний етиловий спирт С₂Н₅ОН можна одержати при взаємодії етилену С₂Н₄(г) і водяної пари. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, розрахувавши її тепловий ефект.

5.21. Обчисліть тепловий ефект реакції відновлення заліза (II) оксиду воднем, виходячи з таких термохімічних рівнянь:

FeO(т) + CO(г) = Fe(т) + CO₂(г); ΔH = –13,18 кДж;

СО(г) + ½О₂(г) = CO₂(г); ΔH = –283,0 кДж;

Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О(г) ΔH = –241,83 кДж.

5.22. При взаємодії газоподібного сірководню і вуглець діоксиду утворюється пара води і сірковуглець CS₂(г). Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції і обчисліть тепловий ефект.

5.23. Напишіть термохімічне рівняння реакції взаємодії CO(г) з воднем, у результаті якої утворюється СН₄(г) і Н₂О(г). Яка кількість теплоти виділиться при цій реакції?

5.24. При взаємодії газоподібних метану й сірководню утворюється сірковуглець CS₂(г) і водень. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, розрахувавши її тепловий ефект.

5.25. Кристалічний амоній хлорид утворюється при взаємодії газоподібних амоніаку й водень хлориду. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, розрахувавши її тепловий ефект. Яка кількість теплоти виділиться, якщо для реакції було витрачено 10 л амоніаку в перерахунку на нормальні умови?

5.26. Обчисліть теплоту утворення метану, виходячи з таких термохімічних рівнянь:

Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О(р); ΔH = – 285,84 кДж;

С(т) + О₂(г) = CO₂(г); ΔH = – 393,51 кДж;

СН₄(г) + 2О₂(г) = 2Н₂О(р) + СО₂(г); ΔH = – 890,31 кДж.

5.27. Визначте теплоту утворення кальцій гідроксиду, виходячи з таких термохімічних рівнянь:

Са(т) + ½О₂(г) = СаО(т); ΔH = – 635,60 кДж;

Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О(р); ΔH = – 285,84 кДж;

СаО(т) + Н₂О(р) = Са(ОН)₂(к); ΔH = – 65,06 кДж.

5.28. Тепловий ефект згоряння рідкого бензолу з утворенням водяної пари й вуглець діоксиду дорівнює –3135,58 кДж. Складіть термохімічне рівняння цієї реакції і знайдіть теплоту утворення С₆Н₆(р).

5.29. При взаємодії 3-х молів азот (I) оксиду N₂O з амоніаком утворюються азот і водяна пара. Тепловий ефект реакції дорівнює

–877,76 кДж. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, розрахувавши теплоту утворення N₂O(г).

5.30. Процес горіння метилового спирту виражається термохімічним рівнянням:

СН₃ОН(р) + 1½ О₂(г) = CO₂(г) + 2Н₂О(р); ΔH = ?

Обчисліть тепловий ефект цієї реакції, якщо відомо, що мольна теплота пароутворення СН₃ОН(р) дорівнює 37,4 кДж.