Раздел 2. Основные теории химических процессов

Энергетика химических реакций.

1.Понятие системы. Как классифицируют термодинамические системы? Что такое параметры системы? Какие параметры Вы знаете и как они обозначаются?

Задача. Вычислите стандартную энтальпию ( стандартный тепловой эффект ) реакции горения сероводорода в избытке кислорода с образованием сернистого газа и газообразной воды, используя следствие из закона Гесса.

2.Дайте определение понятия термодинамической функции состояния. Перечислите основные термодинамические функции состояния и приведите их обозначения.

Задача. Рассчитайте по термохимическому уравнению

1/2 N_{2(г) +} 3/2 H_2(г) ↔ NH_3(г) ∆Н^о = -46,2 кДж,

какое количество теплоты выделится при образовании 560 л аммиака?

3.Дайте определение понятию термодинамического процесса и перечислите типы термодинамических процессов.

Задача. Рассчитайте стандартный тепловой эффект реакции горения этана C₂H₆, используя следствие из закона Гесса и пользуясь данными таблицы стандартных энтальпий образования веществ.

4.Сформулируйте основные законы термохимии: законы Гесса и Лавуазье-Лапласа.

Задача. При сгорании 93 г фосфора в избытке кислорода выделилось 2238 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этого процесса. Чему равна стандартная энтальпия образования оксида фосфора (V)?

5. Сформулируйте закон Гесса и следствия из него. Что такое стандартная энтальпия образования вещества?

Задача. Используя термохимическое уравнение реакции горения угарного газа

2 CO_(г) + O_2(г) = 2CO_2(г) + 566 кДж, вычислите, сколько выделится теплоты при окислении 112 л угарного газа. Какой объем кислорода при этом вступил в реакцию?

6. Что такое энтропия? Как зависит величина энтропии от агрегатного состояния вещества? Как рассчитать изменение энтропии реакции?

Задача. Не производя расчетов, оцените изменение энтропии реакции

2NO_(г) + О_2(г) ↔ 2NO_2(г). Подтвердите ответ расчетом с использованием табличных данных стандартных энтропий веществ.

7.Какой знак имеет изменение энтропии для процессов испарения воды, растворения хлорида натрия, кристаллизации раствора глюкозы? Объясните свой ответ.

Задача. Рассчитайте по табличным данным изменение энтропии процесса термического окисления аммиака с образованием азота и газообразной воды.

8.Что такое изобарно-изотермический потенциал? Как можно рассчитать его величину для изобарно-изотермического химического процесса, протекающего при стандартных условиях?

Задача. Определите возможность самопроизвольного протекания реакции

2NH_3(г) + H₂SO_4(ж) = (NH₄)₂SO_4(тв) при стандартных условиях, рассчитав изменение свободной энергии Гиббса ∆G^о по табличным данным.

9. Приведите уравнение Гиббса. Что такое энтальпийный и энтропийный факторы? Анализируя уравнение Гиббса, укажите при каких условиях могут протекать экзотермические реакции, сопровождающиеся уменьшением энтропии?

Задача. Рассчитайте, может ли при стандартных условиях самопроизвольно протекать реакция окисления глюкозы? Воспользуйтесь для расчета табличными данными.

10.Приведите уравнение Гиббса. При каких условиях могут самопроизвольно протекать эндотермические реакции , сопровождающиеся увеличением энтропии? Подтвердите ответ, анализируя уравнение Гиббса.

Задача. Пользуясь табличными данными, рассчитайте , какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при стандартных условиях: Cr₂O₃ , Fe₂O₃ , CaO.

Кинетика химических реакций. Химическое равновесие.

1.Дайте определение понятиям: гомогенная и гетерогенная реакция, скорость , молекулярность и порядок химической реакции.

Задача. Рассчитайте константу скорости реакции 2NO (г) + O₂(г) ↔2NO₂(г), если при концентрациях NO и O₂ , соответственно равных 0,5 и 0,1 моль/л, средняя скорость реакции равна 0,015 моль/л.с.

2.Перечислите факторы, влияющие на скорость химической реакции. Сформулируйте закон действующих масс и приведите его математическое выражение. Поясните физический смысл константы скорости химической реакции.

Задача. Во сколько раз изменится скорость реакции 2СО_(г) + О_2(г) = 2СО_2(г) при : 1) увеличении концентрации СО в 6 раз, 2) при уменьшении давления в системе в 5 раз.

3.Объясните зависимость скорости реакции от температуры. Приведите формулировку и математическое выражение приближенного правила Вант-Гоффа.

Поясните понятие температурного коэффициента скорости реакции.

Задача. На сколько градусов следует повысить температуру в реакционной системе, чтобы скорость реакции возросла в 256 раз (температурный коэффициент скорости реакции равен 4).

4.Дайте определение понятиям катализ, катализатор. Охарактеризуйте гомогенный, гетерогенный , ферментативный катализ

Задача. Во сколько раз следует увеличить давление в реакционной системе 2SO_2(г) + О_2(г) ↔ 2SO_3(г) , чтобы скорость реакции возросла в 64 раза.

5.Дайте определение понятиям: обратимая и необратимая химическая реакция, химическое равновесие. Приведите по три примера необратимой и обратимой реакций.

Задача. Чему равен температурный коэффициент скорости некоторой реакции, если при 60^оС реакция прошла за 5 минут, а при 20^оС за 1,5 часа.

6. Что такое химическое равновесие? Дайте понятие константе равновесия К_р и перечислите факторы, влияющие на ее величину. Выразите К_р для реакции

4НCl_(г) + О_2(г) ↔ 2Н₂О_(г) + 2Cl_2(г).

Задача. При некоторой температуре равновесие в реакции РCl_3(г) + Cl_2(г) ↔ PCl_5(г) установилось при концентрациях веществ: PCl₃ - 0,08 моль/, Cl₂ – 0,12 моль/л, PCl₅ - 0,04 моль/л. Рассчитайте константу равновесия и исходные концентрации реагирующих веществ.

7. Приведите формулировку принципа Ле-Шателье. На примере обратимой химической реакции 2NO_2(г) ↔ 2NO_(г) + О_2(г) – Q разберите влияние концентраций веществ, давления , температуры и катализатора на смещение химического равновесия.

Задача. За какое время завершится некоторая реакция при 20^оС, если при 70^оС она протекает за 2,5 часа ( температурный коэффициент равен 2) ?

8. Дайте понятия обратимой и необратимой химической реакции, химическому равновесию. Перечислите факторы, влияющие на химическое равновесие. Сформулируйте принцип Ле-Шателье.

Задача. С какой средней скоростью протекала гомогенная реакция образования хлороводорода, если за 5 часов в сосуде объемом 10 л образовалось 73 г HCl.

9. Сформулируйте закон действующих масс для химического равновесия и выразите его для обратимой химической реакции С_(тв) + Н₂О_(г) ↔ СО_(г) + Н_2(г) .

Задача. В начальный момент времени концентрации исходных веществ в реакции

2SO_2(г) + O_2(г) ↔ 2SO_3(г) составили: для SO₂ - 0,08 моль/л, для О₂ - 0,4 моль/л. Через некоторое время они уменьшились до 0,02 моль/л для SO₂ и 0,1 моль/л для О₂. Во сколько раз при этом изменилась скорость реакции между этими веществами, если реакция протекала при постоянной температуре?

10. Приведите формулировку принципа Ле-Шателье. В каком направлении сместится равновесие в реакции образования аммиака N_2(г) + 3Н_2(г) ↔ 2NH_3(г) ∆Н= - 92,4 кДж , если понизить температуру и давление реакции? При каких условиях в промышленности получают аммиак, какой технологический параметр выбран вопреки принципу Ле-Шателье и почему?

Задача. Как изменится скорость реакции 2Fe _(тв) + 3Cl_2(г) = 2 FeCl_3(тв), если одновременно увеличили давление в 7 раз, а температуру уменьшили на 40^о( температурный коэффициент = 3)?