Решение:

10.

M_r(CCl₄)=154 г/моль

m(CCl₄)=1∙154=154 г

V==

ΔG=V(P₂-P₁)=94,305(10,13∙10⁵-1,013∙10⁵)∙10^-6=85,98 Дж

Ответ: 85,98 Дж

11.

M_r(C₆H₅NH₂)=93 г/моль

m(C₆H₅NH₂)=1∙93=93 г

V==

ΔG=V(P₂-P₁)=89,509(4,05∙10⁵-0,506∙10⁵)∙10^-6=31,72 Дж

Ответ:31,72 Дж

12.

M_r(C₆H₅NH₂)=123 г/моль

m(C₆H₅NO₂)=1∙123=123 г

V==

ΔG=V(P₂-P₁)=100,57(6,078∙10⁵-1,013∙10⁵)∙10^-6=50,94 Дж

Ответ: 50,94 Дж

13.

M_r(C₆H₅Cl)=112,5 г/моль

m(C₆H₅NH₂)=1∙112,5=112,5 г

V==

ΔG=V(P₂-P₁)=99,7340 (9,72∙10⁵-1,216∙10⁵)∙10^-6=84,81 Дж

Ответ: 84,81 Дж

14.

M_r(CHCl₃)=119,38 г/моль

m(CHCl₃)=1∙119,38=119,38 г

V==

ΔG=V(P₂-P₁)=78,23 (8,10∙10⁵-1,013∙10⁵)∙10^-6=7,087 Дж

Ответ: 7,087 Дж

15.

M_r(C₆H₆)=78 г/моль

m(C₆H₆)=1∙78=78 г

V==

ΔG=V(P₂-P₁)=88,74 (5,065∙10⁵-1,013∙10⁵)∙10^-6=35,96 Дж

Ответ: 35,96 Дж

16. При 25°С энтропии ромбической и моноклиниче­ской серы соответственно равны 31,88 и 32,55 дж/г∙атом∙град, а теплоты образования равны 0,00 и 0,30 кдж/г∙атом. Рассчитать ΔG и ΔF для процесса при 25°С. Пренебречь приближенно различи­ем плотностей обеих модификаций серы. Какая из двух модификаций серы является более ус­тойчивой при 25°С? Дайте приближенную оценку темпе­ратуры перехода, при которой обе модификации серы на­ходятся в равновесии, принимая для ΔS и ΔH значения при 25°С.

Решение.

ΔG=H-TΔS=0,30∙

ΔG= ΔF

Ответ:100,34 Дж/г∙атом

17-25. Найти ΔG и ΔF химических реакций из электро­химических данных. Изменением объемов твердых и жид­ких веществ при реакции пренебречь.

Номер задачи	Реакции	Температура	Э.Д.С.,в
17	Ag + 1/2 Cl2 (г) = AgCl (т)	17	1,132
18	2Hg + Cl2 (г) = Hg2Cl2 (т)	25	1,085
19	AgCl + 1/2 H2 = Ag + HC1 aq	25	0,224
20	Zn + Cl2(г) = ZnCl2 aq	25	2,123
21	Cu + Cl2 (г) = CuCl2 aq	25	1,023
22	Cd + Cl2 (г) = CdCl2 aq	25	1,763
23	Cu + 1/2 Cl2 (г) = CuCl (т)	25	0,839
24	Co (т) + Cl2 (г) =CoCl2 aq	25	1,637
25	Sn + Cl2 (г) = SnCl2 aq	25	2,496

Решение.

17.

ΔG=-zFE=-1∙96500∙1,132∙=-109,24 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-109,24+8,314∙290∙=-106,83 кдж/моль

Ответ: -109,24 кдж/моль, -106,83 кдж/моль

18.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙1,085∙=-209,4 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-209,4+8,314∙298∙=-209,4+2,48=-206,92 кдж/моль

Ответ: -209,4 кдж/моль, -206,92 кдж/моль

19.

ΔG=-zFE=-1∙96500∙0,224∙=-21,62 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-21,62+8,314∙298∙=-21,62+2,48=-19,136 кдж/моль

Ответ: -21,62 кдж/моль, -19,136 кдж/моль

20.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙2,123∙=-409,74 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-409,74+8,314∙298∙=-409,74+2,48=-407,26 кдж/моль

Ответ: -409,74 кдж/моль, -407,26 кдж/моль

21.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙1,023∙=-197,44 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-197,44+8,314∙298∙=-197,44+2,48=-194,96 кдж/моль

Ответ: -197,44 кдж/моль, -194,96 кдж/моль

22.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙1,763∙=-340,26 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-340,26+8,314∙298∙=-340,26+2,48=-337,78 кдж/моль

Ответ: -340,26 кдж/моль, -337,78 кдж/моль

23.

ΔG=-zFE=-1∙96500∙0,839∙=-80,96 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-80,96+8,314∙298∙=-80,96+2,48=-78,48 кдж/моль

Ответ: -80,96 кдж/моль, -78,48 кдж/моль

24.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙1,637∙=-315,94 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-315,94+8,314∙298∙=-315,94+2,48=-313,46 кдж/моль

Ответ: -315,94 кдж/моль, -313,46 кдж/моль

25.

ΔG=-zFE=-2∙96500∙2,496∙=-481,73 кдж/моль

ΔF=-zFE+RT=-481,73+8,314∙298∙=-481,73+2,48=-479,25 кдж/моль

Ответ: -481,73 кдж/моль, -479,25 кдж/моль

26—33. Вычислить изменения изобарного потенциала при изотермном сжатии газа от Р₁до Р₂; газы считать идеальными.

Номер задачи	Газ	Количество газа	Тем пе рату ра	Давление, н/м2∙
26	Кислород	0,005 м3	0	0,1013	1,013
27	Азот	7 г	27	0,506	3,04
28	Хлор	0,002 м3	25	1,013	10,13
29	Водород	0,01 м3	100	0,506	5,065
30	Кислород	20 г	25	1,013	15,20
31	Фосген	0,01 м3	20	1,013	10,13
32	Окись углерода	0,003 м3	25	0,1013	2,026
33	Сероводород	0,001 м3	25	1,013	2,026

Решение:

26.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,0223∙8,314∙273∙lg

Ответ:

27.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,25∙8,314∙273∙lg

Ответ:

28.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,0817∙8,314∙273∙lg

Ответ:

29.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,163∙8,314∙273∙lg

Ответ:

30.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,625∙8,314∙298∙lg

Ответ:

31.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,4158∙8,314∙293∙lg

Ответ:

32.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,01226∙8,314∙298∙lg

Ответ:

33.

ΔG=2,3∙nRT∙lg

n=

ΔG=2,3∙0,041∙8,314∙298∙lg

Ответ:

34. Определить изменение изохорного потенциала и внутренней энергии при обратимом испарении 1 моль бро­ма при давлении 1,013∙10⁵ н/м² и температуре кипения —7,3° С. Теплота испарения брома равна 31,0 кдж/моль.

Решение.

Q=ΔU-nRT

31=ΔU-1∙8,314∙265,7∙

31=ΔU-2,21

ΔU=28,79 кдж/моль

Ответ: 28,79;-2,21 кдж/моль

35 Вычислить реакции разложения С₄Н₁₀₄(г) = С₃Н₆(г) + СН₄(г) при 25 °С, если теплоты образования С₄Н₁₀, C₃H₆, CH₄ равны соответственно: 125,1; 20,4; -74,83 кДж, а энтропии их равны соответственно: 310,04; 266,87; 186,14 Дж/мольК.

Решение.

Вычисляем на основе следствия из закона Гесса тепловой эффект реакции:

Рассчитаем аналогично изменение энтропии реакции:

Определяем по уравнению (11.14)

Ответ:

36. В каком направлении может протекать реакция крекинга циклогексана при 727 °С С ₆Н₁₂ ⁼ ЗС₂Н₄, если при данной температуре G°( (С₆Н₁₂)=402,2 кДж/моль, a G°(C₂H₄)= 114,0 кДж/моль.

Решение.

ΔG°(C₂H₄)-G°( (С₆Н₁₂)=342-402,2=-60,2 кДж/моль

Т.к. Δ

Ответ: -60,2 кДж/моль

37. Почему синтез аммиака по реакции N₂ (г.)+3H₂ (г.)=2NH₃ (г.)

стремятся вести при более низкой температуре?

Решение.

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

кДж/проб

Дж/K∙проб

Ответ: так как кДж/проб и Дж/K∙проб

38. Определить: ΔU,ΔH,ΔS процесса:

1 моль H₂O (ж; 20; 1 атм.) 1 моль H₂O (г; 2501 атм.)

Энтальпия испарения воды при 100 равна 40655 Дж/моль. Теплоёмкость жидкой и парообразной воды равна:

С_р(ж)=75,30 Дж/моль∙К

С_р(г)= 30,00+10,71∙10^-3T-0,33∙10⁵T^-2 Дж/моль∙К

Решение.

20 250

H₂O(ж) H₂O(г)

H₂O(п) H₂O(п)

100

ΔS₁=75,30

ΔS₂= Дж/моль∙К

ΔS₃=30

ΔS=11,8+108,95+18,17=138,92 Дж/моль∙К

ΔH₁=C_p∙(T₁-T₂)=75,30∙(100-20)=6024

ΔH₂=40655 Дж/моль

ΔH₃=30∙150+5,365∙

ΔH =5246,65+40655+6024=51925 Дж/моль

Ответ: 138,92 Дж/моль∙К; 51925 Дж/моль

39. Один моль двухатомного идеального газа, взятый при 25 и 1 атм., нагревается при постоянном давлении, пока объём не возрастёт втрое. Рассчитать Q, A, ΔH, ΔU и ΔS процесса.

Решение.

P=const, pV=nRT,

T₂=

ΔS=C_p ln=Rln

dU=C_VdT=1,5

Q_p=ΔU=C_p(T₂-T₁)=2,5(894,45-298)∙8,314=12394,1

dU=δQ-A A=δQ-dU=12394,1-7436,46=4957,6

Ответ: 4957,6

40. В одном сосуде находится кислород, а в другом – азот. Эти сосуды соединены трубкой с краном. При открывании крана происходит изотермическое смешение газов при 25:

0,2 моль O₂ (0,2 атм.) + 0,8 моль N₂ (0,8 атм.)→смесь газов

а) Рассчитать общее давление смеси газов; б) Чему равны Q, A, ΔU, ΔS, ΔH и ΔG для процесса смешения; в) Чему были бы равны Q и A, если бы смешение газов протекало обратимо и изотермически при 25

Решение.

V₁(O₂)= м³

V₂(N₂)= м³

а) р_общ=

б) Q=A=ΔU=ΔH=0

ΔS=

ΔG= ΔH-TdS=-298,15∙5,76=-1717,344

Q=A= ΔS∙T=1717,344

Ответ: Q=A=ΔU=ΔH=0; -1717,344; 1717,344

41. В основу современного производства азотной кислоты положена реакция: 4NH₃ (г.)+5O₂ (г.)=4NO (г.)+6H₂O (г.) стремятся вести при более низкой температуре?

Выяснить влияние изменения температуры на протекание этого процесса.

Решение.

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

кДж/проб

Дж/K∙проб

Ответ: благоприятствует условие ΔT, так как кДж/проб и Дж/K∙проб

42. Почему повышение температуры препятствует протеканию реакции:

2NO (г.)+O₂ (г.)=2NO₂ (г.), а понижение- способствует?

Решение:

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

Дж/моль∙град

кДж/проб

Дж/K∙проб

Ответ: так как кДж/проб и

Дж/K∙проб

43. Определите , и при 298,2 К ДЛЯ реак­ции

Необходимые данные возьмите из справочника.

Решение.

ΔН₂₉₈ ⁰=Σ(ΔН_f298 )_пр.р + Σ(ΔН_f298)_исх.р =-484,9- (2∙(-285,84)+226,75)∙10³=140∙10³ Дж/моль

ΔU⁰₂₉₈= ΔН₂₉₈ ⁰- РΔV= ΔН₂₉₈ ⁰- Δn∙R∙T

Δn=1-1=0

ΔU⁰₂₉₈= ΔН₂₉₈ ⁰

ΔG⁰₂₉₈ = Σ(ΔG⁰_f298 )_пр.р + Σ(ΔG⁰_f298)_исх.р =(-576,64)-(-2∙334,46+209,25)∙ 10³ =-116,97∙10³ Дж/моль

ΔF⁰₂₉₈ = ΔG⁰₂₉₈- РΔV.

Для данной реакции РΔV=0. Следовательно: ΔF⁰₂₉₈ = ΔG⁰₂₉₈

ΔS⁰₂₉₈= Σ(ΔS ⁰_f298 )_пр.р + Σ(ΔS ⁰_f298)_исх.р =(130,6+159,8)-(200,8+2∙69,96)∙ 10³=-50,32 Дж/моль*К.

Ответ: 140∙10³ ; -116,97∙10³ Дж/моль; -50,32 Дж/моль∙К.

44. Определите ΔS, ΔH и ΔUпроцесса 1 моль H₂O (ж,20⁰С, 1 атм)→1моль Н₂О(г,250⁰С, 1 атм), имея следующие данные: С_р(ж) 18. ΔН испарения воды при 100⁰С и 1 атм составляет 9720 .

Решение.

Разобьем процесс на следующие стадии:

1. Нагревание от 20 до 100⁰С:

ΔH=С_р(Т₂-Т₁)=18(80)=1440;

ΔS=С_р In=18 In =4,35.

2. Испарение при 100⁰С:

ΔH=9720;

ΔS=.

3. Нагревание от 100 до 250⁰С:

ΔH=С_р(Т₂-Т₁)=8,6(150)=1290;

ΔS=С_р In=8,6 In =2,19

ΔS=4,35+26,02+2,91=33,28.

ΔH=1440+9720+1290=12450

ΔU= ΔH- Δ(PV)= ΔH-P ΔV;

ΔV=V_(г.523) – V_(ж.293) ≈ V_(г.523),

если принять, что объем жидкости незначителен по сравнению с объемом газа.

PΔV= PV_(г.523) =RT=1,987 523615⁰С=1040

(при предположении, что газ идеальный ΔU=12450-1040=11410

Ответ: 33,28.; 11410 ; 12450

45. Найти изменение U,H,S,А и G при изотермическом расширении 5 молей кислорода, рассматриваемого как идеальный газ, от 100 до 1000 л при 25 °С, если С_р,298 = 29,38 Дж∙моль∙К^-1.

Решение.

ΔU = ΔH = 0

ΔS=nRln Дж∙К^-1

ΔА = ΔG =nRTln - 28,55 кДж

Ответ: ΔU = ΔH = 0; ΔS = 95,74 Дж∙К^-1; ΔА = ΔG = - 28,55 кДж.

46. Найти изменение U, H, S, А и G при переходе 1 моля воды в пар при 100°С и 1 атм. При этой температуре мольный объем воды равен 18 мл, а мольный объем пара равен 30,2 л. Теплота испарения воды при 100 °С равна 40,65 кДж∙моль^-1.

Решение.

Дж∙моль ^-1∙К^-1

Q=ΔU+ΔnRT

108,98=ΔU+1∙8,314∙343

ΔU=37,55 кДж∙моль^-1

A=Q-U=3,1 кДж∙моль^-1

Ответ: ΔG = 0; ΔН= 40,65 кДж∙моль^-1; ΔU= 37,59 кДж∙моль^-1; ΔS= 108,92 Дж∙моль ^-1∙К^-1; ΔА = -3,06 кДж∙моль^-1.

47. а) Найти ΔН⁰ при 1000⁰К для реакции NaCl(тв)→Na(г)+Сl₂(г); =124,1 ккал и =−1,585 - 3,82·10^-3 Т – 0,34·10⁵Т^-2.

б)Выполняется ли соотношение ΔS⁰=ΔH⁰/T для (1) приведенной реакции при 25⁰С; (2) реакции NaCl(тв)→NaСl(г) при 25⁰С; (3) реакции NaCl(ж)→NaСl(г) при 1413⁰С(температура кипения NaСl)? Объясните каждый случай, предполагая, что газы идеальные.

Решение.

а)

б) Для любого изотермического процесса

Только если =0.

1. Нет. Как видно из эксперимента, для этого необратимого процесса 0.

2. Нет. Для этого процесса также 0. Индекс «0» показывает, что летучесть NaCl(г) равна 1 атм, а, как мы знаем, давление насыщенных паров NaCl значительно меньше 1 атм при 25⁰С.

3. Да. Летучесть NaCl (и давления паров, поскольку газ считается идеальным) при температуре кипения равна 1 атм. Если процесс будет обратимым и изотермическим при этом постоянном давлении, то работа, исключая работу расширения, будет равна нулю. Следовательно,0.

Ответ: ; 1) нет; 2) нет; 3) да.

48. ΔН⁰ для процесса плавления воды при 0⁰С равна 1436 . С_р для твердой и жидкой воды составляет соответственно 8,9 и 18,0 . Определите а) ΔН, б) ΔS и в) ΔС при постоянном давлении 1 атм для следующего процесса:

Н₂О(тв,-10⁰С)→ Н₂О(ж,-10⁰С).

;

Решение.

а)

б)

(Заметим, что =0, поэтому =. Как будет показано в пункте (в), ΔS и ΔН нельзя определить таким путем при других температурах.)

в)Метод I. .

Метод II.

;

.

Метод III.

Ответ: ; ; .

49. Вычислить Δ_rG°₄₇₃ реакции: 1/2N₂ + 1/20₂ = NO, если

Δ_rG⁰₂₉₈ ⁼ 86,44 кДж∙моль^-1 а стандартные энтропии ( Дж∙моль ^-1∙K^-1 и средние теплоемкости веществ (С_p,298, Дж∙моль ^-1∙К^-1) равны:

Вещество
N2(г)	191,50	29,12
О2(г)	205,04	29,38
NO(r)	210,64	29,86

Решение.

Дж∙моль ^-1∙K^-1

Δ_rG⁰₂₉₈=H-TS=H-298∙

ΔH=90,12

G⁰₄₇₃=H-TS=90,12-473∙ кДж∙моль^-1

Ответ: G⁰₄₇₃= 84,25 кДж∙моль^-1.

50. Вычислить реакции Δ_rG⁰₉₇₃ для: 2С0₂(_Г) =2СО _(г) + 0_2(г), если стандартные значения равны:

Ве- щест- во	Δr кДж∙моль-1	, Дж∙моль-1∙К-1	, Дж∙моль-1∙К-1
co2(r)	-393,52	213,67	37,14
co(r)	-110,53	197,55	29,14
02(r)	—	205,04	29,38

Решение.

кДж∙моль^-1

Дж∙моль^-1∙К^-1

Δ_rG⁰₅₀₀=H-TS=565,98-973∙ кДж∙моль^-1

Ответ: Δ_rG⁰₉₇₃ = 391,48 кДж∙моль ^-1.

51. Вычислить реакции Δ_rG⁰₅₀₀ для: Fe₂C0_3(т) = FeO_(т) + C0₂ (г), если значенияи Δ_r, стандартные энтропии и теплоемкости веществ равны:

Вещест- во	Δr кДж∙моль-1	, Дж∙моль-1∙К-1	, Дж∙моль-1∙К-1
FеСО3(т)	-738,15	95,40	83,26
FeO(т)	-264,85	60,75	49,92
со2(г)	-393,52	213,67	37,14

Решение.

кДж∙моль^-1

Δ_rG⁰₅₀₀=H-TS=79,78-500∙ кДж∙моль^-1

Ответ: Δ_rG⁰₅₀₀ =- 9,95 кДж∙моль^-1 .

МНОГОВАРИАНТНЫЕ ЗАДАЧИ

52. Вычислить стандартные изменения изобарного потенциала химической реакции при 25°С по стандарт­ным значениям энтальпий образования и абсолютных эн­тропии, воспользовавшись таблицами стандартных вели­чин. Все реакции проводятся между чистыми твердыми, жидкими и газообразными веществами (не в растворе).

Номер задачи	Реакции
1	ZnО (т) + СО (г) =Zn (т) + С02 (г)
2	ZnS (т) + Н2 (г) = Zn (т) + H2S (г)
3	2С02 (г) = 2СО (г) + 02 (г)
4	СО (г) + НгО (ж) = С02 (г) + Н2 (г)
5	2HI (г) = Н2 (г) + I2 (г)
6	СО (г) + 2Н2 (г) = СН3ОН (ж)
7	NH3 (г) + НСl (г) =NH,Cl (т)
8	Н2 (г) + С02 (г) =СО (г) + Н20 (ж)
9	С02 (г) + 4Н2 (г)=СН4 (г) + 2Н20 (ж)
10	2Н20 (ж) =2Н2 (г) + 02 (г)
11	SO2 (г) + С!2 (г) =S02CI2 (г)
12	СО (г) + С12 (г) =СОС12 (г)
13	4HCI (г) + 02 (г) =2Н20 (ж) + 2С12 (г)
14	СНзСООН (г) + 2Н2 (г) = 2СН3ОН (г)
15	СО (г) + ЗН2 (г) = СH4 (г) + Н20 (г)
16	Н2 (г) + НСОН (г) = СНзОН (г)
17	4NH3 (г) + 502 (г) = 6Н20 (г) + 4NO (г)
18	Са(ОН)2 (т) =СаО (т) + Н20 (ж)
19	РСl5 (г) = PCl3 (г) + Сl2(г)
20	С2Н4 (г) + 302 (г) =2С03 (г) + 2Н20 (ж)
21	СаСОз (т) =СаО (т) + С02 (г)
22	H2S (г) + COS (г) =Н20 (г) + CS2 (г)
23	H2S (г) + С02 (г) =Н20 (г) + COS (г)
24	СбН6 (г) + ЗН2 (г) =С6Н12 (ж)
25	С2Н5ОН (ж) = С2НЧ (г) + Н20 (ж)
26	СН4 (г) + 2H2S (г) = CS2 (ж) + 4Н2 (г)
27	2AgN03 (т) = 2Ag (т) + 2N02 (г) + 02 (г)
28	4С0 (г) + 2S02 (г) =S2 (г) + 4С02 (г)
29	2NaHC03 (т) = Na2C03 (т) + Н20 (г) + С02 (г)
30	MgC03 (т) = MgO (т) + С02 (г)