Элементы химической термодинамики

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 35Следующая ⇒

Примеры решения задач и задания для самостоятельного решения

Пример 1. Сколько теплоты выделится при сжигании 920 г этанола? Запишите термохимическое уравнение данной реакции.

Дано: m(C₂H₅OH) = 920 г М(C₂H₅OH) = 46 г/моль

(C₂H₅OH) = -277,6 кДж/моль

(СО₂) = -393,5 кДж/моль

(H₂O_(г)) = -285,8 кДж/моль

Решение: Процесс горения этанола: C₂H₅OH_(ж) + 3O_{2 (г)} = 2CO_{2 (г)} + 3H₂O_(г). На основании I следствия из закона Гесса ΔH_Х.Р.=2 ΔH⁰ ₂₉₈(СО₂)+3 ΔH⁰ ₂₉₈(H₂O_(г))- ΔH⁰ ₂₉₈(C₂H₅OH), ΔH_Х.Р=2(-393,5) + 3(-285,8) – (-277,6) = - 1366,8 кДж/моль, Находим количество молей (ν) C₂H₅OH в 920 г: ν(C₂H₅OH) =

= 20 моль. Количество теплоты (Q_P), выделяющееся при сжигании 20 моль этанола, будет равно: Q _p= -ΔH=-ΔH_Х.Р.∙ν (C₂H₅OH) = 1366,8∙20 = 27336 кДж. ΔH=-27336 кДж. Термохимическое уравнение можно записать следующим образом: C₂H₅OH_(ж) + 3O_{2 (г)} = 2CO_{2 (г)} + 3H₂O_(г), ΔH_Х.Р C₂H₅OH_(ж) + 3O_{2 (г)} = 2CO_{2 (г)} + 3H₂O_(г +1366,8 кДж.

Найти: ΔH -? Q_P ?

Ответ: выделится 27336 кДж тепла

Пример 2. С помощью термодинамических расчетов на примере реакций:

а) SnO_{2 (к)} + Sn _(к) = 2SnO_(к) ; б) PbO_2(к) + Pb_(к) = 2PbO_(к) ответьте на вопрос об устойчивых степенях окисления олова и свинца в открытой системе при температуре 300 К. Принять, что ΔH и ΔS от температуры не зависят. Энтальпии образования простых веществ равны нулю.

Дано:

(SnO_{2 (к)})=-581

кДж/моль

(SnO_(к))=- 286

(PbO_2(к))=-277

(PbO_(к)) =- 219

Т = 300К

ΔH, ΔS

(SnO_{2 (к)}) =52,3

(SnO_(к))=56,5

(Sn_(к))=51,6

(PbO_2(к))=72

(PbO_(к))=66

(Pb_(к))=65

Решение: Рассчитаем ΔG

первой и второй реакции по уравнению ΔG

= ΔH

- TΔS

. Для реакции а): ΔH_Х.Р. =2

(SnO_(к)) -

(SnO_{2 (к)}) ΔH_Х.Р.= 2(-286) - (-581) = 9 кДж > 0 – тепло поглощается, эндотермическая реакция; ΔS_Х.Р. = 2

(SnO_(к)) -

(SnO_{2 (к)})-

(Sn_(к)) ΔS_Х.Р.= 2∙56,5–52,3–51,6 = 9,1Дж/К= 9,1∙10^-3 кДж/К. Т.к. ΔS>0 степень беспорядка в системе возрастает. ΔG

= 9 – 300 ∙ 9,1∙10^-3 = 6,27 кДж > 0 – энергия поглощается в ходе реакции; в закрытых и открытых системах самопроизвольно прямая реакция протекать не может, термодинамически возможна обратная реакция, т.е. в указанных условиях более устойчив оксид олова (IV) SnO₂. Для реакции б): ΔH_Х.Р. =2

(PbO_(к)) -

(PbO_{2 (к)}) ΔH_Х.Р. =2(- 219) – (- 277) = -161кДж < 0 – тепло выделяется, экзотермическая реакция; ΔS_Х.Р. = 2

(PbO_(к))-

(PbO_2(к))-

(Pb_(к)) ΔS_Х.Р. =2∙66 – 72 – 65 = - 5 Дж/К = -5∙10^-3 кДж/К – степень беспорядка в системе уменьшается. ΔG

= - 161 – 300∙(-5∙10^-3) = - 159,5 кДж < 0 – энергия выделяется, в закрытых и открытых системах термодинамически возможен прямой процесс, т.е. в указанных условиях более устойчив оксид свинца (II) PbO.

Найти: ΔG

(а, б) ?

Ответ: в указанных условиях устойчивой степенью окисления для олова является степень окисления +4, для свинца – +2.

Пример 3. Константы равновесия К реакции 2SO_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2SO_{3 (г)} при 727 и 927⁰С равны соответственно 3,34 и 0,079. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса ΔG и определите направление самопроизвольного протекания реакции при указанных температурах, а также средний тепловой эффект (стандартную энтальпию) процесса в приведенном температурном интервале.