Задачи с решением по теме «Термодинамика».

№ 1. Вычислите стандартную энтальпию образования ацетальдегида, CH₃CHO, если энтальпии сгорания ацетальдегида, графита и водорода до диоксида углерода и жидкой воды равны соответственно –1165, –304 и –286 кДж∙моль^–1.

Решение

Запишем уравнение гипотетической реакции образования ацетальдегида согласно определению стандартной энтальпии образования

2C(гр.) + 2H2(гр) + 1/2O2(г) = CH3CHO

В соответствии со вторым следствием из закона Гесса

находим = 2(–304) + 2(–286) – (–1165) = –15 кДж∙моль^–1

№ 2. Из каких тепловых эффектов складывается теплота растворения? Определите энтальпию гидратации Na₂CO₃∙H₂O до Na₂CO₃∙10H₂O, если при растворении первого кристаллогидрата выделяется 10,5 кДж∙моль^–1, а при растворении второго поглощается 67 кДж∙моль^–1 тепла.

Решение

№ 3. а) Энтальпии образования C₂H₅OH_(г), CO_2(г) и H₂O_(г) в стандартных условиях равны –235, –393,8 и –241,8 кДж∙моль^–1 соответственно. Рассчитайте ΔH_сгор.C₂H₅OH_(г).

б) Вычислите энтальпию сгорания C₂H₅OH_(г), используя энергию связей (кДж∙моль^–1): E_C–H = 412; E_C–C = 348; E_C–O = 360; E_O–H = 460; E_O–O = 490; E_C–O = 790. Сравните эту величину с величиной, рассчитанной с помощью ΔH_обр.

Решение

а) C2H5OH(г) + 3O2(г) = 2CO2(г) + 3H2O(г)

–2∙393,8 – 3∙241,8 + 235 = –1278 кДж∙моль–1

б) CH3CH2OH(г) + 3O2(г) = 2CO2(г) + 3H2O(г)

H–C–C–OH + 3O=O → 2O=C=O +3O

ΔH° = 5EE–H + EC–C + EC–O + EO–H + 3EO=O –4EC=O – EO–H = 5∙412 + 348 + 360 + 3∙490 – 4∙790 –5∙460 = 2060 + 348 + 360 + 1470 – 3160 – 2300 = –1222 кДж∙моль–1.

Как видно значения ΔH^°, рассчитанные двумя методами, отличаются на 56 кДж∙моль^–1, так как использование средних энергий связи для определения энтальпий реакций дает лишь приближенные значения последних.

№ 4. Определите энергию двойной связи C=C, если известна энтальпия реакции:

C2H4(г) + H2(г) = C2H6(г),       ΔH = –137 кДж∙моль–1

и средние энергии связей E_C–H = 412 кДж∙моль^–1; E_C–C = 348 кДж∙моль^–1; E_H–H = 430 кДж∙моль^–1.

Решение

H2C = CH2 + H2→ H3C–CH3

ΔH = 4EC–H + EC=C + EH–H – 6EC–C

EC=C = ΔH + 2EC–H + EC–C – EH–H = –137 + 2∙412 + 348 – 430 = 605 кДж∙моль–1.

№ 5. Вычислите изменение стандартной энергии Гиббса и определите возможность протекания реакции при стандартных условиях:

Fe2O3(т) + 3H2(г) = 2Fe(т) + 3H2O(г)

Определите условия, при которых ее можно осуществить.

	Fe2O3(т)	H2(г)	Fe(т)	H2O(г)
кДж∙моль–1	–822,7	0	0	–242
кДж∙моль–1∙K–1	87,5	130,7	27,2	189

Решение

ΔG° = ΔH° – T·ΔS°

ΔH° = –3·242 + 822,7 = 96,7 кДж·моль–1

ΔS° = 3·189 +2·27,2 – 3·130,7 – 87,5 = 567 + 54,4 – 392,1 – 87,5 = 141,8 Дж·моль–1·К–1

ΔG° = 96,7 –298·0,1418 = 54,4 кДж·моль–1

В стандартных условиях эта реакция не идет, но при реакция становится возможной.

№ 6. Можно ли получить силикат натрия Na₂SO₃ по реакции в стандартных условиях

SiO2(тв) + 2NaOH(p) = Na2SiO3(p) + H2O(ж),

если стандартные энергии Гиббса всех четырех реагентов соответственно равны –804, –420, –1428 и –238 кДж∙моль^–1.

Решение

В стандартных условиях осуществима.

№ 7. Определите изменение энтропии при плавлении 2 моль ледяной уксусной кислоты, если температура плавления CH₃COOH 16,64°C, а теплота плавления 195,7 кДж∙моль^–1.

Решение

Масса плавящейся CH₃COOH составляет 2 моль, значит теплота плавления будет 195,7∙2 = 391,4 кДж. Поскольку изменение энтропии при фазовом переходе равно

№ 8. В выхлопе плохо отрегулированного ДВС наряду с СО содержится NO₂, который во влажном воздухе окисляется до HNO₃. Вычислите энтальпию реакции

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3

если энтальпии образования NO₂, H₂ и HNO₃ соответственно равны 33,9, –242, –206,6 кДж∙моль^–1

Решение

По первому следствию закона Гесса

= –206,6∙4 – (–242∙2 – 39,9∙4) = –826,4 + 484 + 159,6 = –182,8 кДж.

№ 9. Вычислите теплоту реакции окисления метанола до муравьиной кислоты, если теплоты их сгорания равны 715 и 261 кДж∙моль^–1, а теплота сгорания водорода (образования воды) равна 242 кДж∙моль^–1.

Решение

Реакция окисления

CH3OH + O2 = HCOOH + H2O

По первому следствию закона Гесса

№ 10. Вычислите энтальпию образования PCl_5(т) при 298 К, если известны энтальпии реакций

2P(тв) + 3Cl2 = 2PCl3(ж)       PCl3(ж) + Cl2 = PCl5(т)

Решение

Сложим первую и вторую реакцию, предварительно умножив вторую вдвое

2P(тв) + 3Cl2 + 2PCl3(ж) + 2Cl2 = 2PCl3(ж) + 2pCl5(т)

ΔHp = ΔH1 + ΔH2 = –768 кДж.