Еталони розв’язання типових задач. Задача 1. Розрахувати тепловий ефект реакції: 2NaOH(к.) + CO2(г.) Na2CO3(к.) + H2O, якщо: Ноутв

 

Задача 1. Розрахувати тепловий ефект реакції: 2NaOH_(к.) + CO_2(г.) Na₂CO_3(к.) + H₂O, якщо: Н^о_утв.(NaOH) = –426,6 кДж/моль, Н^о_утв.(CO₂) = –393,6 кДж/моль, Н^о_утв.(Na₂CO₃) = = –1129,3 кДж/моль, Н^о_утв.(H₂O) = –285,8 кДж/моль.

Розв’язання:

Тепловий ефект хімічної реакції обчислюється по стандартних теплотах утворення за формулою:

Н^о = Н^о_утв.(прод. р–ції) – Н^о_утв.(вих. р–н)

з врахуванням відповідних стехіометричних коефіцієнтів, тобто:

Н^о = ( Н^о_утв.(Na₂CO₃) + Н^о_утв.(H₂O)) – (2 Н^о_утв.(NaOH) + Н^о_утв.(CO₂)) = (–1129,3 – 285,8) – (–2·426,6 – 393,6) = –168,3 кДж.

Тобто це екзотермічна реакція.

Задача 2. Чи є можливою реакція: SiO_2(к.) + 2NaOH_(р.) Na₂SiO_3(к.) + H₂O_(р.), якщо: G^о(SiO_2(к.)) = –803,75 кДж/моль, G^о(NaOH_(р.)) = –419,5 кДж/моль, G^о(Na₂SiO_3(к.)) = = –1427,8 кДж/моль, G^о(H₂O_(р.)) = –237,5 кДж/моль?

Розв’язання:

Для відповіді на питання задачі необхідно обчислити зміну енергії Гіббса в даній реакції за формулою:

G^о = G^о(прод. р–ції) – G^о(вих. р–н) (з врахуванням відповідних стехіометричних коефіцієнтів) = (–1427,8 – 237,5) – (–803,75 – 419,5·2) = –22,55 кДж, тобто G^о < 0, таким чином реакція є можливою і розчин лугу не можна випарювати в скляному посуді.

Задача 3. Питома теплота топлення свинцю ( Н) становить 23,4, Дж/кг. Температура топлення свинцю 327,4^оС. Знайти зміну ентропії при топленні 250 г свинцю.

Розв’язання: Застосовуючи питому теплоту топлення, обчислюємо теплоту топлення 0,25кг свинцю:

1кг Pb	— 23040 Дж	х = = 5760 Дж
0,25кг Pb	— х

Формула для G^о = Н – T S. Топлення є рівноважним процесом, тому для нього G^о=0, тоді:

Н = T S; S = = 9,59 Дж/К.

Задача 4. При 80^оС реакція закінчується за 8 хв. Через скільки хвилин вона закінчиться при 100^оС, коли температурний коефіцієнт (g) дорівнює 2?

Розв’язання: За правилом Ван–Гоффа при збільшені температури швидкість реакції збільшиться в:

при цьому інтервал перебігу реакції (_Dt_кін.) зменшиться в 4 рази:

Задача 5. В синтезі аміаку (N₂ + 3H₂ = 2NH₃) рівновага встановилась при наступних концентраціях: [N₂] = 2,5моль/л, [H₂] = 1,8моль/л, [NH₃] = 3,6моль/л. Розрахуйте константу рівноваги цієї реакції і вихідні концентрації азоту та водню.

Розв’язання: Константа хімічної рівноваги за рівноважними концентраціями обчислюється за формулою:

За рівнянням реакції:

2 моль NH3	утворюється з	1 моль N2
3,6 моль NH3	—	х моль N2

 

моль (N_{2(прореаг.)} — С_{(прореаг.)})

С_{(вихідне)} = С_{(прореаг.)} + [С_{(рівноважна)}] = 1,8 + 2,5 = 4,3 моль/л

2 моль NH3	утворюється з	3 моль Н2
3,6 моль NH3	—	х моль Н2

За рівнянням реакції:

моль (Н_{2(прореаг.)} — С_{(прореаг.)})

С_{(вихідна)} = 1,8 + 5,4 = 7,2моль/л

Задача 6. Реакція іде за рівнянням: 4HCl + O₂ = 2H₂O + 2Cl₂. В якому напрямку зміститься хімічна рівновага, якщо концентрації усіх реагуючих речовин збільшити в 2 рази?

Розв’язання:За законом діючих мас швидкість прямої і оберненої реакції дорівнюють:

При збільшені концентрації усіх речовин в 2 рази:

Швидкість прямої реакції зросла в 32 рази, а швидкість оберненої — тільки в 16 разів, отже хімічна рівновага зміститься в напрямку прямої реакції.

Задача 7. Рівновага хімічної реакції: 2NO + O₂ = 2NO₂ встановилась при слідуючи концентраціях реагуючих речовин: [NO] = 0,5моль/л, [O₂] = 0,7моль/л, [NO₂] = 2,1моль/л. Як зміниться швидкість обох реакцій, якщо тиск в системі зменшити в 2 рази? Куди зміститься хімічна рівновага?

Розв’язання: До зменшення тиску:

При зменшені тиску в 2 рази концентрації усіх речовин зменшаться в 2 рази і тоді:

Швидкість прямої реакції зменшилась в:

, а оберненої в:

Швидкість оберненої реакції буде більше, тому хімічна рівновага реакції зміститься в напрямку оберненої реакції.