Тема 2. Характеристические функции
1. Определить изменение энтропии и изобарно-изотермического потенциала при стандартных условиях для реакции:
Fe304 + СО = ЗFeО + С02если стандартные энтропии FeO,CO2,Fe304 СО соответственно равны: 58,79; 213,6; 151,46; 197,4 Дж/моль К, а стандартные величины равны: -216,0; -394,89; -1010; -137,4 кДж/моль. Возможен ли данный процесс при стандартных условиях?
Ответ:
2.Определите изменение изобарно-изотермического потенциала для реакции Ni + 2Н2О(Ж) =NH4NO2 и дайте заключение о возможности ее протекания при стандартных условиях, если G°(H20(ж))=-237,5 кДж/моль и G°(NH4N02)=+115,94 кДж/моль.
Ответ:590,94 кДж/моль
3. Вычислите стандартное изменение изобарного потенциала Δ для реакции хлорирования метана СН4 + Сl2 = СНзС1(г) + НС1, используя табличные значения ΔН и ΔS для всех веществ, участвующих в данной реакции.
Ответ: -102,73 кДж/моль
4. Вычислите стандартное изменение изобарного потенциала язя реакции горения ацетона СНз-СО-СНз(г), + 402= ЗСО2 + ЗН2Ож). Необходимые величины энтальпии и энтропии реагирующих веществ возьмите из справочника.
Ответ: -1742,9 кДж/моль
5. Выясните возможность получения металлического кадмия из сульфида кадмия (II) восстановлением оксидом углерода (II) по реакции:
2CdS (кр.)+2СO (г.)=CO2 (г.)+СS2 (г.)+2 Сd
Ответ: реакцияпротекать не может.
6. Установлено, что химические процессы, для которых , можно использовать в химической технологии. Определите температурные границы технологического использования реакции:
C2H6 (г.)=С2H4 (г.)+H2 (г.)
Ответ: 868
7. Пользуясь зависимостью: (Дж/моль)
Справедливой для неполярных веществ, и принимая пар за идеальный газ, рассчитайте теплоту, работу и изменения энтропии, энтальпии и внутренней энергии при испарении 1 моль нижеприведенных веществ при нормальном давлении:
а) изопрен, б) бензол, в) циклогексан, г) гексан, д) стирол,
Ответ: для а) 25,87 кДж; 2,55 кДж; 84,21 Дж/К; 25,87 кДж; 23,32 кДж.
8. Рассчитайте ΔG, если температура кипения 351 К для процессов:
C2H6O (ж, Р=1,01∙105Па)= C2H6O (г, Р=9,09∙104Па),
C2H6O (ж, Р=1,01∙105Па)= C2H6O (г, Р=1,01∙105Па),
C2H6O (ж, Р=1,01∙105Па)= C2H6O (г, Р=1,11∙105Па).
Ответ: -307,46Дж/моль, 0, 275,5 Дж/моль
9. Вычислить изменение изобарного потенциала для процесса перехода 1 мольжидкого бензола при температуре кипения 80,1°С и давлении P1 в газообразный при Р2 и обратно для трех случаев: 1) P1 = 1,013∙105н/м2и Р2=9,11∙104н/м2; 2) P1=1,013∙105н/м2и Р2 = 1,013∙105н/м2; 3) Р1 = 101,3∙105 н/м2 и Р2= 1,114∙105 н/м2.
Ответ: -311,56;0;-13240,27
10-15.Найти изменение изобарного потенциала при сжатии 1 моль указанной жидкости от P1 до Р2 при 0°С. Сжимаемостью жидкости в указанном интервале давлений пренебречь.
Номер Задачи |
Жидкость |
Плотность г/см3 |
Давление, н/м2∙ |
|
|
|
|||
10 |
Четырёххлористый Углерод |
1,633 |
1,013 |
10,13 |
11 |
Анилин |
1,039 |
0,506 |
4,05 |
12 |
Нитробензол |
1,223 |
1,013 |
6,078 |
13 |
Хлорбензол |
1,128 |
1,216 |
9,72 |
14 |
Хлороформ |
1,526 |
1,013 |
8,10 |
15 |
Бензол |
0,879 |
1,013 |
5,065 |
Ответ: 85,98 Дж; 31,72 Дж; 50,94 Дж; 84,81 Дж; 7,087 Дж; 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.
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) = ZnCl2aq |
25 |
2,123 |
21 |
Cu + Cl2 (г) = CuCl2aq |
25 |
1,023 |
22 |
Cd + Cl2 (г) = CdCl2aq |
25 |
1,763 |
23 |
Cu + 1/2 Cl2 (г) = CuCl (т) |
25 |
0,839 |
24 |
Co (т) + Cl2 (г) =CoCl2aq |
25 |
1,637 |
25 |
Sn + Cl2 (г) = SnCl2aq |
25 |
2,496 |
Ответ: 34)-109,24 кдж/моль, -106,83 кдж/моль;35) -209,4 кдж/моль, -206,92 кдж/моль;36) -21,62 кдж/моль, -19,136 кдж/моль; 37)-409,74 кдж/моль, -407,26 кдж/моль;38) -197,44 кдж/моль, -194,96 кдж/моль; 39)-340,26 кдж/моль, -337,78 кдж/моль;40) -80,96 кдж/моль, -78,48 кдж/моль;41)-315,94 кдж/моль, -313,46 кдж/моль; 42)-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 |
Ответ: ; ; ; ; ; ;
34.Определить изменение изохорного потенциала и внутренней энергии при обратимом испарении 1 мольброма при давлении 1,013∙105н/м2 и температуре кипения —7,3° С. Теплота испарения брома равна 31,0 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/моль К.
Ответ:
36. В каком направлении может протекать реакция крекинга циклогексана при 727 °С С6Н12= ЗС2Н4, если при данной температуре G°( (С6Н12)=402,2 кДж/моль, a G°(C2H4)= 114,0 кДж/моль.
Ответ: -60,2 кДж/моль
37. Почему синтез аммиака по реакции N2 (г.)+3H2 (г.)=2NH3 (г.)
стремятся вести при более низкой температуре?
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; 250 1 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
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.
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
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.
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?
Ответ: так как кДж/проб и
Дж/K∙проб
43. Определите , и при 298,2 К ДЛЯ реакции
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 .
Ответ: 33,28 .; 11410 ; 12450
45.Найти изменение U,H,S,А и Gпри 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.
Ответ:ΔU = ΔH = 0; ΔS= 95,74 Дж∙К-1; ΔА = ΔG = - 28,55 кДж.
46. Найти изменение U, H, S, А и Gпри 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.
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 - 3,82·10-3Т – 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.
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).
;
Ответ: ; ; .
49. Вычислить ΔrG°473реакции: 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 |
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 |
Ответ:ΔrG0973 = 391,48 кДж∙моль-1.
51. Вычислить реакции ΔrG0500для: Fe2C03(т) = FeO(т) + C02 (г), если значенияиΔr , 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 |
Ответ:ΔrG0500 =- 9,95 кДж∙моль-1 .