Задачи для самостоятельного решения. 141.На разложение некоторого количества оксида меди (II) было затрачено 12,8 кДж теплоты

141. На разложение некоторого количества оксида меди (II) было затрачено 12,8 кДж теплоты. При этом образовалось 5,0 г меди. Определить энтальпию образования оксида меди.

Ответ: –163,8 кДж/моль.

142. При сжигании графита образовался оксид углерода (IV) массой 8,86 г. Изменение энтальпии этой реакции Δ _rН ⁰₂₉₈ = –79,2 кДж. Вычислите стандартную энтальпию образования СО₂.

Ответ: –393,3 кДж/моль.

143. Написать термохимическое уравнение реакции растворения оксида меди (II) в соляной кислоте. Сколько тепла выделяется при растворении 100 г оксида?

Ответ: Δ _rН ⁰₂₉₈ =–5,6 кДж; выделится 7 кДж тепла.

144. Рассчитать стандартную энтальпию образования оксида азота, зная тепловой эффект реакции:

4NH_{3 (г)} + 5О_{2 г)} → 4NO _(г) + 6Н₂О _(г), D _rН ⁰₂₉₈ = –906 кДж.

Сколько тепла выделится (поглотится) при сгорании 25 г аммиака?

Ответ: 90,3 кДж/моль; 333 кДж.

145. Сколько тепла выделится (поглотится) при разложении 200 г СаСО₃ по реакции:

СаСО_{3 (к)} = СаО _(к). + СО_{2 (г)}, D _rН ⁰₂₉₈ = 178,2 кДж.

Ответ: 356,4 кДж.

146. Разложение гремучей ртути при взрыве идет по уравнению

Hg(ONC)₂ = Hg + 2CO + N₂; D _rН ⁰₂₉₈ = –364,2 кДж.

Определить количество теплоты, выделившейся при взрыве 1,5 кг Hg(ONC)₂.

Ответ: 1919 кДж.

147. При взаимодействии 3 моль оксида азота (I) с аммиаком образуется азот и пары воды. При этом выделяется 877,7 кДж тепла. Написать термохимическое уравнение этой реакции и вычислить энтальпию образования оксида. Сколько тепла выделится при условии, что масса оксида азота составляет 50 г?

Ответ: Δ _fН ⁰₂₉₈(N₂О) = 81,4 кДж; 332 кДж.

148. Чему равно изменение энтальпии реакции разложения бертолетовой соли:

KСlO₃ = KCl + 3/2O₂?

Сколько теплоты выделяется (поглощается) при разложении одного килограмма KСlO₃ по этой реакции?

Ответ: –45,5 кДж; 371 кДж.

149. Определить тепловой эффект реакции:

H₂S _(г) + 3/2O_{2 (г)} ⇄ SO_{2 (г)} + Н₂О _(г).

Сколько теплоты выделяется при сжигании 1 м³ (н. у.) H₂S?

Ответ: – 517,7 кДж; 23112 кДж.

150. Определить тепловой эффект реакции и рассчитать, сколько теплоты выделяется при сгорании 1 кг Mg по этой реакции.

2Mg _(к) + CO_2(г) = 2MgO_{к +} C _(гр).

Ответ: –809,5 кДж; 16865 кДж.

151. Не производя вычислений, обосновать знак изменения энтропии при протекании реакций:

Fe₂O_{3 (к)}+ 3C _(гр) = 2Fe _(к) + 3CO _(г);

4НСl _(г)+ O_{2 (г)} = 2Cl_{2 (г)} + 2H₂O _(ж).

Подтвердить свой прогноз необходимыми расчётами.

Ответ: 542,3 Дж/К; – 366,6 Дж/К.

152. Определить энтальпию образования Р₂О₅, если при сгорании 6,2 г фосфора выделяется 150,7 кДж тепла.

Ответ: 1507 кДж/моль.

153. Не производя вычислений, указать для каких из перечисленных реакций изменение энтропии способствует самопроизвольному протеканию реакции; для последней реакции рассчитать D _rН ⁰₂₉₈:

а) TiO_{2 (к)}+2C _{(графит)} = Ti _(к) + 2СО _(г);

б) СН₃СООН (водн.)= СН₃СОО^- (водн.) + Н⁺ (водн.);

в) 2NO _(г)+ О_{2 (г)} = 2NО_{2 (г)}.

Ответ:–114,2 кДж.

154. Вычислить теплоту образования MgCO₃, пользуясь данными:

С _(гр) + О_{2 (г)}= СО_{2 (г)}, D _rН ⁰₁ = –393,5 кДж/моль;

Mg _(к) + 1/2O_{2 (г)} = МgO _(к), D _rН ⁰₂ = –601,2 кДж/моль;

MgO _(к)+ CO_{2 (г)} = MgCO_{3 (к)}, D _rН ⁰₃ = –118,3 кДж/моль.

Ответ: –1113 кДж/моль.

155. Определить теплоту образования этилена, пользуясь данными:

С₂Н_{4 (г)} + 3О_{2 (г)}= 2СО_{2 (г)} + 2Н₂О _(г), D _rН ⁰₁ = –1323 кДж;

С _{(графит)} + О_{2 (г)} = СО_{2 (г)}, D _rН ⁰₂ = –393,5 кДж;

Н_{2 (г)} + 1/2О_{2 (г)} = Н₂О _(г), D _rН ⁰₃ = –241,8 кДж.

Ответ: 52,4 кДж/моль.

156. Рассчитать теплоту образования мышьяковистой кислоты на основе данных:

H_{2 (г)} + 1/2O_{2 (г)} = H₂O _(ж), D _rН ⁰₁ = –285,85 кДж;

2As _(к) + 3/2O_{2 (г)} = As₂O_{3 (к)}, D _rН ⁰₂ = –653,98 кДж;

As₂O_{3 (к)} + 3H₂O _(к) = 2H₃AsO_{3 (к)}, D _rН ⁰₃ = 31,61 кДж.

Ответ: –740 кДж/моль.

157. Вычислить энтальпию образования карбоната магния, пользуясь уравнением:

MgCO_{3 (к)} = MgO _(к) +СО_{2 (г)}, D _rН ⁰ = 118,3 кДж.

Ответ: –1113 кДж/моль.

158. Исходя из термохимических уравнений 1 и 2 и не пользуясь справочником, вычислить тепловой эффект реакции 3:

1. H₂S _(г) + 3/2О_{2 (г)} → Н₂О _(ж) + SO_{2 (г)}, D _rН ⁰₁ = –561,1 кДж;

2. S _(к) + О_{2 (г)} → SO_{2 (г)}, D _rН ⁰₂ = –296,2 кДж;

3. 2Н₂S _(г) + SO_{2 (г)} → 3S _(к) + 2Н₂О _(ж).

Ответ: –233,6 кДж.

159. Основной процесс, протекающий в доменной печи, выражается суммарным уравнением:

Fe₂O_{3 (к)} + 3CO _(г) =2Fe _(к)+3CO_{2 (г)}.

Определить тепловой эффект и изменение энтропии данной реакции в стандартных условиях.

Ответ: –689,9 кДж; 15,2 Дж/К.

160. Вычислить тепловой эффект реакции при 298К:

Fe₂O_{3 (к)} + 2Al _(к) = Al₂O_{3 (к)} + 2Fe _(к).

Сколько тепла выделится при взаимодействии 27 г алюминия?

Ответ: –853,5 кДж; –426,8 кДж.

161. Установить, может ли реакция протекать самопроизвольно при 500 К:

Са _(к) + 2Н₂О _(ж) = Са(ОН)_{2 (к)} + Н_{2 (г)}.

Ответ: Да, может: Δ _rG ⁰₂₉₈ = –429,8 кДж

162. Рассчитайте Δ _rG ⁰₂₉₈ системы

Ме₂О _(к) + Н₂О _(ж).= 2МеОН _(к)

для металлов а) Li, б) Na и в) K. На основании этого сделайте вывод об изменении основных свойств оксидов этих металлов.

Ответ: а)–85,1 кДж; б) –147,1 кДж; в) –201,1.

163. Критерием возможности самопроизвольного протекания химических реакций в изолированной системе является изменение энтропии, а в неизолированной – изменение энергии Гиббса. Для приведённой реакции сделать вывод о возможности самопроизвольного протекания ее при стандартных условиях в изолированной и неизолированной системах:

4NH_{3 (г)} + 5O_{2 (г)} → 4NO _(г) + 6H₂O _(г).

Ответ: Δ _rS ⁰ = 178,6 Дж/К; Δ _rG ⁰₂₉₈ = –959,2 кДж.

164. На основе расчета Δ _rG ⁰₂₉₈ определить направление самопроизвольного протекания реакций в стандартных условиях (системы неизолированные):

1) 2N₂O _г + O_{2 г} = 4NO _г;

2) N₂O _г + NO _г = NO_{2 г} + N_{2 г}.

Ответ: 1) в обратном направлении;

2) в прямом направлении.

165. Рассчитать, при какой температуре (Т = 298 К или 2500 К) более вероятна реакция:

FeO _(к) + С _{(графит)} → Fe _(к).+ CO _(г).

Ответ: при 2500К.

166. Вычислить значение D _rG ⁰₂₉₈ следующих реакций и сделать вывод о том, протекание какой из них более вероятно:

1) FeO _(к) + 1/2 C _{(графит)} → Fe _(к) + 1/2CO_{2 (г)};

2) FeO _(к) + CO _(г) → Fe _(к) + CO_{2 (к)}.

Ответ: 1) 47,1 кДж; 2) 231,38 кДж.

167. Вычислить D _rG ⁰для реакции N₂ + O₂= 2NO при 1000, 2000, 3000, 5000 и 10000 °С; построить график зависимости D _rG ° от Т и найти по графику температуру, выше которой эта реакция может протекать самопроизвольно.

Ответ: выше 7300 К.

168. Вычислить, какая из реакций образования оксидов азота может протекать самопроизвольно в стандартных условиях (системы неизолированные):

1) N_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2NO _(г);

2) N_{2 (г)} +2O_{2 (г)} = 2NO_{2 (г)}.

Ответ: эти реакции не могут протекать самопроизвольно.

169. Рассчитать температуру, при которой начнется восстановление Fe₂O₃ водородом по уравнению:

Fe₂О_{3 (к)} + 3H_{2 (г)} = 2Fе _(к) + 3Н₂О _(г), D _rН ⁰ = 96,61кДж.

Ответ: 682,7 К.

170. Рассчитать, при какой температуре возможно самопроизвольное протекание реакции:

N_{2 (г)} + O_{2 (г)}= 2NO _(г).

Ответ: выше 7393 К.

171. Рассчитать, какая из двух реакций окисления меди более вероятна при 300 °С:

1) Cu _(к) + 1/2O_{2 (г)} = CuO _(к);

2) 2Cu _(к) + 1/2O_{2 (г)} = Cu₂O _(к).

Ответ: Δ _rG ⁰₂₉₈ (1) = –134,3 кДж;

Δ _rG ⁰₂₉₈ (2) = – 150,5 кДж..

172. Разложение нитрата аммония при нагревании возможно по двум направлениям:

1) NH₄NO_{3 (к)} = N₂O _(г) + 2H₂O_(г);

2) NH₄NO_{3 (к)} = N_{2 (г)} + 1/2O_{2 (г)} + 2H₂O _(г).

На основе расчета Δ _rG ⁰₂₉₈ определить, какое из направлений термодинамически более вероятно при температуре 177 ⁰С?

Ответ: Δ _rG ⁰₂₉₈ (1) = –169,2 кДж;

Δ _rG ⁰₂₉₈ (2) = – 273,3 кДж.

173. Определить D _rG ⁰приведенных ниже реакций в стандартных условиях:

О_{3 (г)} +2Н₂О_{2 (ж)} = 2О_{2 (г)} +Н₂О _(ж);

С _{(графит)} +Н₂О _(г) = СО _(г) +Н_{2 (г)}.

Ответ: –158,9 кДж; 91,45 кДж.

174. По какому уравнению реакции при стандартных условиях идет разложение пероксида водорода:

1) H₂О_{2 (ж)} = Н_{2 (г)} + O_{2 (г)},

2) H₂О_{2 (ж)} = Н₂О _(ж) + 1/2O_{2 (г)}?

Ответ подтвердить расчетом D _rG ⁰₂₉₈ этих реакций.

Ответ: 1) 120,5 кДж; 2)–116,7 кДж.

175. По значениям стандартной энергии Гиббса образования соединений (кДж/моль): NF₃ (–82,4), NO₂ (51,5), HNO₃ (–80,8), NH₃ (–16,7) расположите вещества в порядке увеличения их устойчивости. Укажите соединение, не образующееся из простых веществ.

176. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: CаО; FeО; CuO; Fe₂O₃? Вывод сделать на основе расчета свободной энергии Гиббса реакций взаимодействия оксидов с алюминием.

Ответ: все, кроме CaO.

177. Возможно ли горение кальция в атмосфере углекислого газа при стандартных условиях по реакции:

СО_{2 (г)} + 2Са _(к) = 2СаО _(к) + С _{(графит)}?

Ответ: D _rG ⁰₂₉₈ = –812,6 кДж.

178. На основании расчета Δ _rG ⁰₂₉₈ определить, какими из перечисленных реакций можно получить бензол:

а) 6С _{(графит)} + 3Н_{2 (г)}= С₆Н_{6 (г)},

б) 6СН_{4 (г)} = С₆Н_{6 (г)} + 9Н_{2 (г)},

в) 3С₂Н_{4 (г)} = С₆Н_{6 (г)} + 3Н_{2 (г)},

г) 6СО_{2 (г)} + 15Н_{2 (г)} = С₆Н_{6 (г)} + 12Н₂О _(г)?

Ответ: 1)129,68 кДж; 2) 434,78 кДж;

3) –74,74 кДж; 4) –247,32 кДж.

179. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298 К: NiO; CaO; ZnO; SnO₂? Вывод сделать на основе расчета свободной энергии Гиббса реакций взаимодействия оксидов с водородом.

Ответ: NiO; SnO₂.

180. Рассчитать, при какой температуре начинается реакция, протекающая по термохимическому уравнению:

Fe₃O_{4 (к)} + CO _(г) = 3FeO _(к) + CO_{2 (г)}, D _rH ⁰ = 34,5 кДж.

Ответ: 660 К.

Контрольные вопросы

1. Какие функции называют функциями состояния?

2. Что изучает термохимия? Какие уравнения называют термохимическими?

3. Какие химические реакции называют экзотермическими и эндотермическими?

4. Какая величина называется стандартной энтальпией образования сложного вещества?

5. Какие функции служат критериями направленности химических процессов.