Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Энергетика химических процессов. Пример 1. Определите стандартную энтальпию образования ацетилена, если при сгорании 11,2 л его выделилось 401 кДж тепла



 

Пример 1. Определите стандартную энтальпию образования ацетилена, если при сгорании 11,2 л его выделилось 401 кДж тепла.

 

Решение. Термохимическими называются уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатное состояние (ж – жидкое, к – кристаллическое, г – газообразное), а также численное значение теплового эффекта реакции.

Тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении, равен изменению энтальпии системы ΔH. При экзотермических реакциях теплота выделяется ΔH < 0. При эндотермических реакциях теплота поглощается, энергосодержание системы увеличивается и ΔH > 0.

Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования одного моля этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивых состояниях, при стандартных условиях t = 25°C (298 K), P = 1,013·105 Па, и обозначают , значения приведены в табл. 1.

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса: тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.

 

1. Определяем тепловой эффект химической реакции.

; ΔHх.р.

 

а) находим количество моль C2H2

, где

– молярный объем, ;

 

моль

б) 0,5 моль C2H2 – (-401 кДж)

1 моль C2H2x

 

кДж (ΔHх.р.)

2. Определяем стандартную энтальпию образования C2H2 реакции. Для этого используем следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции равен сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы образования исходных веществ с учетом коэффициентов, стоящих перед формулами этих веществ в уравнении реакции.

 

 

Стандартные энтальпии образования определяем из табл. 1:

 

Энтальпии образования простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, приняты равными нулю ( ), следовательно,

= 2·(-393,51) + 1·(-241,83) – (-802) – 0 = 226

 

Ответ: = 226

 

Пример 2. Что имеет большую энтропию: один моль кристаллического вещества или один моль его паров при той же температуре?

 

Решение. Энтропия есть мера неупорядоченного состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) имеют упорядоченное расположение и могут находиться лишь в некоторых точках пространства, а для газа таких ограничений нет. Один моль газа имеет гораздо больший объем, чем один моль кристалла, и возможность хаотичного движения молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия моля паров вещества больше энтропии моля его кристаллов при одинаковой температуре.



 

Пример 3. На основании стандартных энтальпий образования (табл. 1) и абсолютных стандартных энтропий веществ (табл. 2) вычислите изменение энергии Гиббса реакции, протекающей по уравнению:

 

 

Решение. Изменение энергии Гиббса в химической реакции при температуре (T) можно вычислить по уравнению

 

ΔG = ΔH – TΔS, где

ΔG – изобарно изотермический потенциал (энергия Гиббса).

ΔS – изменение энтропии в системе.

 

Изменение энтропии в системе в результате химической реакции равно сумме стандартных энтропий продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтропий исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулой этих веществ в уравнении реакции:

 

 

Стандартной энтропией вещества называется энтропия одного моля вещества при стандартных условиях. Значения некоторых веществ приведены в табл. 2. Выпишем из табл. 1 и 2 значения стандартных энтальпий образования и энтропий веществ:

 

Вещество CO(г) H2O(ж) CO2(г) H2(г)
-110,5 -285,8 -393,5
197,6 70,1 213,5 130,6

 

Тепловой эффект химической реакции

 

= (-393,51 + 0) – (-110,5 + (-285,8)) = 2,85 кДж

 

Изменение энтропии в химической реакции

 

= (213,5 + 130,6) – (197,6 + 70,1) = 76,39

 



Изменение энергии Гиббса в химической реакции

 

ΔG = ΔH – TΔS; T = 298 К

При расчете ΔG величину энтропии следует умножить на 10-3, так как ΔH выражается в кДж, а ΔS в .

 

ΔG = 2,85 – 298·(76,39)·10-3 = -19,91 кДж

 

Знак изменения свободной энергии Гиббса определяет направление химической реакции. Самопроизвольно протекают процессы, идущие в сторону уменьшения ΔG и чем более отрицательные значения имеет ΔG, тем сильнее стремление к протеканию реакции.

В примере ΔG < 0, следовательно, в стандартных условиях самопроизвольное протекание данной реакции в прямом направлении возможно.

 

Пример 4. Восстановление Fe2O3 водородом протекает по уравнению

 

Fe2O3(к) + 3H2(г) = 2Fe(к) + 3H2O(г); ΔH = 96,61 кДж.

 

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии ΔS = 0,1387 ? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3?

 

Решение. Вычисляем ΔG0 реакции:

 

ΔG = ΔH – TΔS = 96,61 – 298·0,1387 = +55,28 кДж.

 

Так как ΔG > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия).

Найдем температуру, при которой ΔG = 0:

 

ΔH = TΔS; .

 

Следовательно, при температуре 696,5К начнется реакция восстановления Fe2O3.

 

Задания

 

61. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления одного моля Fe2O3 металлическим алюминием.

62. Газообразный этиловый спирт C2H5OH можно получить при взаимодействии этилена C2H4(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект.

63. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод CS2(г). Напишите термохимическое уравнение: этой реакции и вычислите тепловой эффект.

64. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия?

65. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этилового спирта, в результате которой образуются пары воды и диоксида углерода. Вычислите энтальпию образования C2H5OH(ж), если известно, что при сгорании 11,5 г его выделилось 308,71 кДж теплоты.

66. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

C6H6(ж) + 7½O2(г) = 6CO2(г) + 3H2O(г);

ΔH = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна -33,9 кДж.

67. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этана C2H6(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м3 этана в пересчете на нормальные условия?

68. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:

4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(ж);

ΔH = -1580,28 кДж.

Вычислите энтальпию образования NH3(г).

69. Теплоты образования оксида и диоксида азота соответственно равны +90,37 кДж и +33,85 кДж. Определите и для реакций получения NO и NO2 из простых веществ. Можно ли получить эти оксиды при стандартных условиях? Какой из оксидов образуется при высокой температуре? Почему?

70. При какой температуре наступит равновесие системы:

4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Cl2(г);

ΔH = -114,42 кДж.

Что является более сильным окислителем: хлор или кислород в этой системе и при каких температурах?

71. Восстановление Fe3O4 оксидом углерода идет по уравнению

Fe3O4(к) + CO(г) = 3FeO(к) + CO2(г).

Вычислите и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно в этом процессе?

72. Реакция горения ацетилена протекает по уравнению

.

Вычислите и , и объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

73. Уменьшается или увеличивается энтропия на переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

74. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция, протекающая по уравнению

H2(г) + CO2(г) = CO(г) + H2O(ж); ΔH = -2,85 кДж.

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите реакции.

75. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе

2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г)? Ответ мотивируйте, вычислив прямой реакции.

76. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите реакции, протекающей по уравнению NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(к). Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

77. При какой температуре наступит равновесие системы

CO(г) + 2H2(г) = CH3OH(ж);

ΔH = -128,05 кДж.

78. Эндотермическая реакция взаимодействия метана с диоксидом углерода протекает по уравнению

CH4(г) + CO2 = 2CO(г) + 2H2(г);

ΔH = +247,37 кДж.

При какой температуре начнется эта реакция?

79. Определите реакции, протекающей по уравнению

4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(г).

Вычисления сделайте на основании стандартных теплот и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях.

80. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите реакции, протекающей по уравнению

CO2(г) + 4H2(г) = CH4(г) + 2H2O(ж).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2017 год. Все права принадлежат их авторам!