Zapišite termokemijsko enačbo za reakcijo med CO (g) in vodikom, pri kateri nastaneta CH4 (g) in H2O (g). Koliko toplote se bo sprostilo med to reakcijo, če smo dobili 67,2 litra metana glede na normalne pogoje

Odgovor: 618,48 kJ

Zapišimo reakcijsko enačbo:

CO (g) + 3H 2 (g) > CH 4 (g) + H 2 O (g)

Izračunajmo spremembo entalpije te reakcije:

Tako enačba postane:

CO(g) + 3H2(g) > CH4(g) + H2O(g) + 206,16 kJ

Ta enačba velja za nastanek 1 mola ali 22,4 litra (n.s.) metana. Ko nastane 67,2 litra ali 3 mol metana, ima enačba obliko:

• 3CO (g) + 9H 2 (g) > 3CH 4 (g) + 3H 2 O (g) + 618,48 kJ
• 3. Entropija se zmanjša ali poveča pri prehodih: a) vode v paro; b) grafit v diamant? Zakaj? Izračunajte ?S°298 za vsako transformacijo. Naredite sklep o kvantitativni spremembi entropije med faznimi in alotropskimi transformacijami

Odgovor: a) 118,78 J/(mol K); b) - 3,25 J/(mol K)

a) Ko se voda spremeni v paro, se poveča entropija sistema.

Leta 1911 je Max Planck predlagal naslednji postulat: entropija pravilno oblikovanega kristala čiste snovi pri absolutni ničli je nič. Ta postulat je mogoče razložiti s statistično termodinamiko, po kateri je entropija merilo neurejenosti sistema na mikro ravni:

kjer je W število različnih stanj sistema, ki so mu na voljo pod danimi pogoji, ali termodinamična verjetnost makrostanja sistema; R = 1,38.10-16 erg/deg - Boltzmannova konstanta.

Očitno je, da entropija plina bistveno presega entropijo tekočine. To potrjujejo izračuni:

H2O(l)< H2O(г)

• ?S°prot. = 188,72 - 69,94 = 118,78 J/mol*K
• b) Ko se grafit spremeni v diamant, se entropija sistema zmanjša, ker število različnih stanj sistema se zmanjša. To potrjujejo izračuni:

Cgraf. > Salm.

S°prot. = 2,44 - 5,69 = -3,25 J/mol*K

Sklep o kvantitativni spremembi entropije med faznimi in alotropnimi transformacijami, saj je entropija značilna za neurejenost sistema, nato pa med alotropskimi transformacijami, če sistem postane bolj urejen (v tem primeru je diamant trši in močnejši od grafita), potem entropija sistema zmanjša. Med faznimi transformacijami: ko snov prehaja iz trdne, tekoče faze v plinasto fazo, postane sistem manj urejen in entropija se poveča in obratno.

Video lekcija 2: Izračuni z uporabo termokemijskih enačb

Predavanje: Toplotni učinek kemijske reakcije. Termokemijske enačbe

Toplotni učinek kemijske reakcije

Termokemija je veja kemije, ki proučuje toplotno, tj. toplotni učinki reakcij.

Kot veste, ima vsak kemični element n-količino energije. S tem se soočamo vsak dan, saj... Vsak obrok naše telo shrani energijo iz kemičnih spojin. Brez tega ne bomo imeli moči za gibanje ali delo. Ta energija v našem telesu vzdržuje konstanten t 36,6.

V času reakcij se energija elementov porabi bodisi za uničenje bodisi za tvorbo kemičnih vezi med atomi. Energijo je treba porabiti za prekinitev vezi in sprostiti za njeno nastanek. In ko je sproščena energija večja od porabljene energije, se nastala presežna energija spremeni v toploto. Torej:

Sproščanje in absorpcija toplote med kemičnimi reakcijami se imenuje toplotni učinek reakcije, in je označen s črkami Q.

Eksotermne reakcije– pri takšnih reakcijah se sprošča toplota, ki se prenaša v okolje.

Ta vrsta reakcije ima pozitiven toplotni učinek +Q. Kot primer vzemimo reakcijo zgorevanja metana:

Endotermne reakcije– v procesu takih reakcij se absorbira toplota.

Ta vrsta reakcije ima negativen toplotni učinek -Q. Na primer, upoštevajte reakcijo premoga in vode pri visoki t:

Termokemijske enačbe

Toplotni učinek reakcije se določi s termokemijsko enačbo. Kako je drugače? V tej enačbi je poleg simbola elementa navedeno njegovo agregatno stanje (trdno, tekoče, plinasto). To je treba storiti, ker Na toplotni učinek kemijskih reakcij vpliva masa snovi v agregatnem stanju. Na koncu enačbe je za znakom = navedena številčna vrednost toplotnih učinkov v J ali kJ.

Kot primer je predstavljena reakcijska enačba, ki prikazuje zgorevanje vodika v kisiku: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.

Enačba kaže, da se na 1 mol kisika in 1 mol nastale vode sprosti 286 kJ toplote. Reakcija je eksotermna. Ta reakcija ima pomemben toplotni učinek.

Ko nastane katera koli spojina, se sprosti ali absorbira enaka količina energije, kot se absorbira ali sprosti med njeno razgradnjo v primarne snovi.

Skoraj vsi termokemijski izračuni temeljijo na zakonu termokemije - Hessovem zakonu. Zakon je leta 1840 izpeljal znani ruski znanstvenik G. I. Hess.

Osnovni zakon termokemije: toplotni učinek reakcije je odvisen od narave in agregatnega stanja izhodne in končne snovi, vendar ni odvisen od poti reakcije.

Z uporabo tega zakona bo mogoče izračunati toplotni učinek vmesne stopnje reakcije, če so znani skupni toplotni učinek reakcije in toplotni učinki drugih vmesnih stopenj.

Poznavanje toplotnega učinka reakcije je zelo praktičnega pomena. Nutricionisti jih na primer uporabljajo pri pripravi pravilne prehrane; v kemični industriji je to znanje potrebno pri segrevanju reaktorjev in končno brez izračuna toplotnega učinka ni mogoče izstreliti rakete v orbito.

Koncept enačb termokemičnih reakcij

Enačbe kemijskih reakcij, v katerih je naveden toplotni učinek, imenujemo termokemijske enačbe. Toplotni učinek je podan kot vrednost spremembe entalpije reakcije AN. V termokemičnih enačbah morajo biti za razliko od navadnih kemijskih enačb navedena agregatna stanja snovi (tekoče "tekoče", trdno "trdno" ali plinasto "g"). To je posledica dejstva, da ima ista snov v različnih agregatnih stanjih različno entalpijo. Zato je za kemično reakcijo, ki vključuje enake snovi, vendar v različnih agregatnih stanjih, značilen drugačen toplotni učinek.

Toplotni učinek reakcije v termokemijskih enačbah je označen na dva načina:

1) označite samo znak AN - če morate samo ugotoviti, ali je reakcija ekso- ali endotermna:

Sprememba entalpije, podana v termokemični enačbi, je isti del kemijske enačbe kot formule snovi in ​​zato upošteva enaka razmerja. Na primer za enačbo zgorevanja etana:

Pri drugih količinah reaktantov ali produktov se bo količina toplote sorazmerno spremenila.

Pogosto se za lažjo uporabo termokemijskih enačb koeficienti v njih zmanjšajo, tako da je pred formulami snovi, ki se uporabljajo za izračune, koeficient 1. Seveda se lahko v tem primeru drugi koeficienti izkažejo za delne, in je treba sorazmerno zmanjšati vrednost spremembe entalpije. Tako lahko za zgoraj navedeno reakcijo natrija z vodo zapišemo termokemijsko enačbo:

Sestavljanje enačb termokemijske reakcije Primer 1. Ko dušik reagira z 1 molom snovi s kisikom, da nastane dušikov (N) oksid, se absorbira 181,8 kJ energije. Napišite termokemijsko enačbo za reakcijo.

rešitev. Ker se energija absorbira, je AH pozitivno število. Termokemična enačba bi izgledala takole:

Primer 2. Za reakcijo sinteze vodikovega jodida iz enostavnih plinastih snovi AN = +52 kJ/mol. Napiši termokemijsko enačbo za razgradnjo vodikovega jodida na enostavne snovi.

rešitev. Reakcije sinteze vodikovega jodida in njegove razgradnje sta nasprotni reakciji. Če analiziramo sliko 18.4, lahko sklepamo, da sta v tem primeru snovi in ​​s tem njihove entalpije enaki. Edina razlika je, katera snov je produkt reakcije in katera je reaktant. Na podlagi tega sklepamo, da so v nasprotnih procesih AN-ji enaki po vrednosti, a različni po predznaku. Torej, za reakcijo sinteze vodikovega jodida:

Ker se v praksi meri masa ali prostornina snovi, je treba termokemične enačbe sestaviti prav na podlagi teh podatkov. Primer. Pri nastanku tekoče vode z maso 18 g se je iz enostavnih snovi sprostilo 241,8 kJ toplote. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo. rešitev. Voda, ki tehta 18 g, ustreza količini snovi n(H 2 O) = m / M = 18 g / 18 g / mol = 1 mol. In v enačbi za reakcijo tvorbe vode iz preprostih snovi je pred formulo vode koeficient 2. To pomeni, da je v termokemični enačbi treba upoštevati spremembo entalpije, ko voda nastane z količina snovi 2 mol, to je 241,8. 2 = 483,6:

Oznake živil morajo vsebovati podatke o njihovi energijski vrednosti, ki jo pogosto imenujemo kalorična. Večino ljudi podatek o vsebnosti kalorij v živilih spodbudi k razmišljanju: "Koliko se bom zredil, če bom jedel to?" Pravzaprav so številke, navedene na etiketi, toplotni učinek reakcije popolnega zgorevanja 100 g tega izdelka na ogljikov dioksid in vodo. Ta toplotni učinek je pogosto podan v zastarelih merskih enotah za toploto - kalorijah ali kilokalorijah (1 cal = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), od koder izvira izraz »kalorija«.

Ključna ideja

Sprememba entalpije je kvantitativna značilnost toplote, ki se sprosti ali absorbira med kemijsko reakcijo.

Naloge za obvladovanje snovi

210. Katere reakcijske enačbe imenujemo termokemične?

211. Ugotovite, katere od navedenih termokemijskih enačb ustrezajo eksotermnim procesom? endotermni procesi?

212. S pomočjo termokemične enačbe za sintezo amonijaka izračunajte, koliko toplote se bo sprostilo: a) pri porabi dušika v količini 1 mol snovi; b) tvorba amoniaka s količino snovi 2 mol. 1\1 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (n); DN = -92 kJ/mol.

213. Sprememba entalpije reakcije zgorevanja premoga je 393,5 kJ/mol. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo.

214. Pri zgorevanju metana se je pri 1 molu snovi sprostilo 890 kJ energije. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo.

215. Železov (11) oksid reducira ogljikov (11) oksid v železo. To reakcijo spremlja sproščanje 1318 kJ toplote, ko nastane 1 mol železa. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo.

216. Pri interakciji vodika z jodom nastane vodikov jodid s količino snovi 2 mol. V tem primeru je bilo absorbirano 101,6 kJ energije. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo.

217. S pomočjo termokemijskih enačb v nalogi 211 sestavi termokemijske enačbe za reakcije: a) nastajanje živosrebrovega(II) oksida iz enostavnih snovi; b) razgradnja vodikovega klorida; c) nastajanje glukoze med fotosintezo.

218. Pri zgorevanju ogljikovega(I) oksida se je pri 2 molih snovi sprostilo 566 kJ energije. Napišite termokemijsko enačbo za reakcijo.

219. Za razgradnjo barijevega karbonata, ki tehta 197 g, je potrebno 272 kJ toplote. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo.

220. Pri interakciji železa, ki tehta 56 g, z žveplom se sprosti 95 kJ toplote. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo.

221. Primerjaj podane termokemijske enačbe in razloži razlike v spremembi entalpije:

222*. Sprememba entalpije reakcije nevtralizacije kloridne kisline z natrijevim hidroksidom je -56,1 kJ/mol, s kalijevim hidroksidom pa -56,3 kJ/mol. Ko nitratna kislina reagira z litijevim hidroksidom, je sprememba entalpije -55,8 kJ/mol. Zakaj mislite, da so toplotni učinki teh reakcij skoraj enaki?

To je učbeniško gradivo

Iz učnih gradiv boste izvedeli, katero enačbo kemijske reakcije imenujemo termokemična. Lekcija je namenjena preučevanju računskega algoritma za enačbo termokemijske reakcije.

Tema: Snovi in ​​njihove pretvorbe

Lekcija: Izračuni z uporabo termokemijskih enačb

Skoraj vse reakcije potekajo s sproščanjem ali absorpcijo toplote. Količina toplote, ki se sprosti ali absorbira med reakcijo, se imenuje toplotni učinek kemične reakcije.

Če je toplotni učinek zapisan v enačbi kemijske reakcije, se taka enačba imenuje termokemični.

V termokemijskih enačbah je treba za razliko od navadnih kemijskih navesti agregatno stanje snovi (trdno, tekoče, plinasto).

Na primer, termokemijska enačba za reakcijo med kalcijevim oksidom in vodo izgleda takole:

CaO (s) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (s) + 64 kJ

Količina toplote Q, ki se sprosti ali absorbira med kemijsko reakcijo, je sorazmerna s količino snovi reaktanta ali produkta. Zato je mogoče z uporabo termokemijskih enačb narediti različne izračune.

Poglejmo si primere reševanja problemov.

Naloga 1:Določite količino toplote, porabljeno za razgradnjo 3,6 g vode v skladu s TCA reakcije razgradnje vode:

To težavo lahko rešite z uporabo razmerja:

pri razgradnji 36 g vode se je absorbiralo 484 kJ

pri razgradnji se je absorbiralo 3,6 g vode x kJ

Na ta način lahko napišemo enačbo za reakcijo. Celotna rešitev problema je prikazana na sliki 1.

riž. 1. Oblikovanje rešitve problema 1

Težavo lahko formuliramo tako, da boste morali sestaviti termokemijsko enačbo za reakcijo. Poglejmo primer takšne naloge.

Problem 2: Pri interakciji 7 g železa z žveplom se sprosti 12,15 kJ toplote. Na podlagi teh podatkov sestavite termokemijsko enačbo reakcije.

Opozarjam vas na dejstvo, da je odgovor na to težavo termokemijska enačba same reakcije.

riž. 2. Formalizacija rešitve problema 2

1. Zbirka nalog in vaj pri kemiji: 8. razred: za uč. P.A. Orzhekovsky in drugi "Kemija. 8. razred” / P.A. Oržekovski, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (str.80-84)

2. Kemija: anorganska. kemija: učbenik. za 8. razred Splošna izobrazba ustanovitev /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Izobraževanje, OJSC "Moskovski učbeniki", 2009. (§23)

3. Enciklopedija za otroke. Zvezek 17. Kemija / Pogl. ur.V.A. Volodin, Ved. znanstveni izd. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.

Dodatni spletni viri

1. Reševanje problemov: izračuni z uporabo termokemijskih enačb ().

2. Termokemične enačbe ().

Domača naloga

1) str. 69 naloge št. 1,2 iz učbenika "Kemija: anorganska." kemija: učbenik. za 8. razred Splošna izobrazba ustanova." /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Izobraževanje, OJSC "Moskovski učbeniki", 2009.

2) str. 80-84 št. 241, 245 iz Zbirke nalog in vaj pri kemiji : 8. razred : za uč. P.A. Orzhekovsky in drugi "Kemija. 8. razred” / P.A. Oržekovski, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006.

Naloga 1.Enačba termokemijske reakcije

Plinast etilni alkohol lahko dobimo z interakcijo etilena in vodne pare. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo in izračunajte njen toplotni učinek. Koliko toplote se sprosti, če 10 litrov etilena reagira pri sobnih pogojih?

rešitev: Ustvarimo termokemijsko enačbo za reakcijo:

C 2 H 4 (r) + H 2 O (r) = C 2 H 5 OH (r) DHhr =?

Glede na posledico Hessovega zakona:

DHhr = DH C2H5OH(r) - DH C 2 H 4(r) - DH H 2 O (r)

Nadomestimo vrednosti DH iz tabele:

DНхр = -235,31 – 52,28 – (-241,84) = -45,76 kJ

En mol etilena (št.) zavzema prostornino 22,4 litra. Na podlagi posledice Avogardovega zakona lahko sestavimo razmerje:

22,4 l C 2 H 4 ¾ 45,76 kJ

10 l C 2 H 4 ¾DНхр DНхр =20,43 kJ

Če reagira 10 litrov C 2 H 4, se sprosti 20,43 kJ toplote.

Odgovor: 20,43 kJ toplote.

Problem 2. Določanje reakcijske entalpije
Določite spremembo entalpije kemijske reakcije in njen toplotni učinek.
2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O
rešitev:
S pomočjo priročnika določimo entalpije tvorbe komponent.
ΔH 0 (NaOH) = -426 kJ/mol.
ΔH 0 (H 2 SO 4) = -813 kJ/mol.
ΔH 0 (H 2 O) = -285 kJ/mol.
ΔH 0 (Na 2 SO 4) = -1387 kJ/mol.
Na podlagi posledice Hessovega zakona določimo spremembo reakcijske entalpije:
ΔHх.р. = [ΔH(Na 2 SO 4) + 2ΔH(H 2 O)] - [ΔH(H 2 SO 4) + 2ΔH(NaOH)] =
= [-1387 + 2(-285)] - [-813 + 2(-426)] = - 1957 - (-1665) = - 292 kJ/mol.
Opredelimo toplotni učinek:
Q = - ΔHх.р. = 292 kJ.
Odgovor: 292 kJ.
Naloga 3.Gašenje apna opisuje enačba: CaO + H 2 O = Ca (OH) 2.
ΔHх.р. = - 65 kJ/mol. Izračunajte toploto tvorbe kalcijevega oksida, če je ΔH 0 (H 2 O) = -285 kJ/mol,
ΔH 0 (Ca(OH) 2) = -986 kJ/mol.
rešitev:
Zapišimo po Hessovem zakonu:
ΔHх.р. = ΔH 0 (Ca(OH) 2) - ΔH 0 (H 2 O) - ΔH 0 (CaO)
Od tod,
ΔH0(CaO) = ΔH 0 (Ca(OH) 2) - ΔH 0 (H 2 O) - ΔHх.р. = - 986 - (-285) - (-65) = - 636 kJ/mol.

Odgovor: - 636 kJ/mol.

Naloga 4.Izračunajte entalpijo tvorbe cinkovega sulfata iz enostavnih snovi pri T = 298 K na podlagi naslednjih podatkov:
ZnS = Zn + S ΔH 1 = 200,5 kJ
2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2 ΔH 2 = - 893,5 kJ
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ΔH 3 = - 198,2 kJ
ZnSO 4 = ZnO + SO 3 ΔH 4 = 235,0 kJ
rešitev:
Iz Hessovega zakona izhaja, da ker pot prehoda ni pomembna, izračuni sledijo algebrskim pravilom dela z navadnimi enačbami. Z drugimi besedami, lahko jih "premešate", kakor želite. Poskusimo izkoristiti to priložnost.
Priti moramo do enačbe:
Zn + S + 2O 2 = ZnSO 4.
Da bi to naredili, bomo razpoložljivi "material" razporedili tako, da bodo Zn, S, O 2 na levi, cinkov sulfat pa na desni. Prvo in četrto enačbo obrnemo z leve proti desni, v drugi in tretji pa koeficienta delimo z 2.
Dobimo:
Zn + S = ZnS
ZnS + 1,5O 2 = ZnO + SO 2
SO 2 + 0,5 O 2 = SO 3
ZnO + SO 3 = ZnSO 4.
Sedaj preprosto seštejmo desne in leve dele.
Zn + S + ZnS + 1,5O 2 + SO 2 + 0,5O 2 + ZnO + SO 3 = ZnS + ZnO + SO 2 + SO 3 + ZnSO 4
Da bo enakovredno
Zn + S + 2O 2 + ZnS + SO 2 + SO 3 + ZnO = ZnS + SO 2 + SO 3 + ZnO+ ZnSO 4

Očitno, ja, kaj se zgodi? Vse podčrtano zmanjšati (spet čista aritmetika!)
In na koncu imamo
Zn + S + 2O 2 = ZnSO 4 - po potrebi.
Sedaj uporabimo isti princip za entalpije. Prva in četrta reakcija sta bili obrnjeni, kar pomeni, da bosta entalpije dobili nasprotni predznak. Drugo in tretjo delimo na pol (saj smo razdelili koeficiente).
ΔH = - 200,5 + (-893,5/2) + (-198,2/2) + (-235,0) = - 981,35 kJ/mol.
Odgovor:- 981,35 kJ/mol.

Naloga 5.Izračunajte entalpijo reakcije popolne oksidacije etilnega alkohola v ocetno kislino, če je entalpija tvorbe vseh snovi, ki sodelujejo v reakciji, enaka:

∆Нº arr. C 2 H 5 OH l = - 277 kJ/mol;

∆Нº arr. CH 3 COOH w = - 487 kJ/mol;

∆Нº arr. H2O w = - 285,9 kJ/mol;

∆Нº arr. O 2 = 0

rešitev: Reakcija oksidacije etilnega alkohola:

C 2 H 5 OH + O 2 = CH 3 COOH + H 2 O

Iz Hessovega zakona sledi, da je ∆Н r-tion = (∆Нº vzorec CH 3 COOH + ∆Нº vzorec H 2 O) –

(∆Hº vzorec C 2 H 5 OH + ∆Hº vzorec O 2) = - 487 – 285,9 + 277,6 = - 495,3 kJ.

Naloga 6.Določitev kurilne vrednosti

Izračunajte zgorevalno toploto etilena C 2 H 4 (g) + 3O 2 = 2CO 2 (g) + 2H 2 O (g), če je njegova tvorbena toplota 52,3 kJ/mol. Kakšen je toplotni učinek zgorevanja 5 litrov. etilen?
rešitev:
Določimo spremembo entalpije reakcije po Hessovem zakonu.
Z referenčno knjigo določimo entalpije tvorbe komponent, kJ/mol:
ΔH 0 (C 2 H 4 (g)) = 52.
ΔH 0 (CO 2 (g)) = - 393.
ΔH 0 (H 2 O (g)) = - 241.
ΔHх.р. = - = -1320 kJ/mol.
Količina toplote, ki se sprosti pri zgorevanju 1 mola etilena Q = - ΔHх.р. = 1320 kJ
Količina toplote, ki se sprosti med zgorevanjem 5 litrov. etilen:
Q1 = Q * V / Vm = 1320 * 5 / 22,4 = 294,6 kJ.
Odgovor: 294,6 kJ.

Naloga 7.Ravnotežna temperatura
Določite temperaturo, pri kateri pride do ravnovesja sistema:
ΔHх.р. = + 247,37 kJ.
rešitev:
Kriterij za možnost nastanka kemijske reakcije je Gibbsova energija ΔG.
ΔG< 0, реакция возможна.
ΔG = 0, prag možnosti.
ΔG > 0, reakcija ni mogoča.
Gibbsova energija je povezana z entalpijo in entropijo z razmerjem:
ΔG = ΔH - TΔS.
Da torej pride do ravnovesja (da dosežemo prag), mora biti izpolnjeno naslednje razmerje:
T = ΔH/ΔS
Določimo spremembo entropije s posledico Hessovega zakona.
CH 4 (g) + CO 2 (g) = 2CO (g) + 2H 2 (g)
ΔS 0 h.r. = -
Ustrezno izpisano iz referenčne knjige. vrednosti, rešujemo:
ΔS 0 h.r. = (2*198 + 2*130) - (186 + 213) = 656 - 399 = 257 J/mol*K = 0,257 kJ/mol*K.
T = ΔH/ΔS = 247,37/0,257 = 963 o K.
Odgovor: 963 o K.

Naloga 8.Predznak spremembe entropije

Brez izračunov določite znak spremembe entropije procesov:
1. H 2 O (g) ---> H 2 O (l)
2. 2H 2 S + O 2 = 2S (trdno) + 2H 2 O (l)
3. (NH 4) 2 CO 3 (trdno) = 2NH 3 + CO 2 + H 2 O (vsi produkti so plinasti).

rešitev:
Ker je entropija merilo neurejenosti sistema, velja splošno pravilo:
S (tv.)< S(жидкость) < S(газ).
V luči tega analizirajmo problem.
1. Tekočina kondenzira iz plina.
Ker je S (tekočina)< S(газ), ΔS < 0.
2. Iz 3 molov plinov dobimo 2 mola trdnih snovi. snov in 2 mola tekočine.
Očitno je, da je ΔS< 0.
3. Plini se pridobivajo iz trdne snovi.
Ker S(tv.)< S(газ), ΔS > 0.

Naloga 9.Zmogljivost procesa

Določeni pogoji:
1. ΔS< 0, ΔH < 0
2. ΔS< 0, ΔH > 0
3. ΔS > 0, ΔH< 0
4. ΔS > 0, ΔH > 0
Analizirajte možnost pojava reakcije.
rešitev:
Pri rešitvi se bomo zanašali na formulo: ΔG = ΔH - TΔS. (Za več podrobnosti glej nalogo št. 7).
1. Pri ΔS< 0, ΔH < 0.
Prvi člen formule (ΔH) je manjši od nič, drugi pa je zaradi negativnega predznaka entropije večji od nič
(-T(-ΔS) = +TΔS) . Možnost reakcije bo določena z razmerjem vrednosti prvega in drugega izraza. Če je vrednost entalpije (modulo) večja od produkta TΔS, (|ΔH| > |TΔS|), tj. na splošno bo Gibbsova energija manjša od nič, reakcija je možna.
2. ΔS< 0, ΔH > 0.
Tako prvi kot drugi člen sta večja od nič. Gibbsova energija je večja od nič. Reakcija ni mogoča.
3. ΔS > 0, ΔH< 0.
Prvi člen je manjši od nič, drugi je prav tako manjši. Gibbsova energija je manjša od nič, reakcija je možna.
4. ΔS > 0, ΔH > 0
Prvi člen formule (ΔH) je večji od nič, drugi pa je zaradi pozitivnega predznaka entropije večji od nič
(-T(+ΔS) = - TΔS) . Možnost reakcije bo določena z razmerjem vrednosti prvega in drugega izraza. Če je vrednost entalpije (modulo) večja od produkta TΔS, (|ΔH| > |TΔS|), tj. na splošno bo Gibbsova energija večja od nič, reakcija ni mogoča. Vendar pa se bo z naraščajočo temperaturo drugi člen povečal (v absolutni vrednosti) in preko določene temperaturne meje bo reakcija postala možna.
Odgovor: 1 – možno; 2 - nemogoče.; 3 – možno; 4 – možno.
Problem 10.Na podlagi standardnih toplot nastajanja in absolutnih standardnih entropij ustreznih snovi izračunajte DG o 298 reakcije CO (g) + H 2 O (l) = CO 2 (g) + H 2 (g) Ali je ta reakcija možna pod standardnimi pogoji?

rešitev: DG o se določi iz enačbe DG o =DH o -TDS ​​​​o

DHхр = DH CO2 - DH CO - DH H2O (l) == -393,51 – (110,52) – (-285,84) = -218,19 kJ.

DSхр = S CO2 + S H2 - S CO – S H2O (l) = = 213,65+130,59–197,91–69,94=76,39 J/mol×K

ali 0,07639 kJ.

DG = -218,19 – 298 × 0,07639 = -240,8 kJ

DG<0, значит реакция возможна.

Odgovor: možna je reakcija.

Možnosti testnih nalog

Možnost 1

1. Kako izračunati spremembo Gibbsove energije pri reakciji na podlagi termodinamičnih značilnosti izhodnih snovi in ​​produktov reakcije?

2. Izračunajte toplotni učinek reakcije redukcije železovega (II) oksida z vodikom na podlagi naslednjih termokemijskih enačb:

FeO(k) + CO(g) = Fe(k) + CO 2 (g); ∆Н 1 = -13,18 kJ;

CO (g) + O 2 (g) = CO 2 (g); ∆H 2 = -283,0 kJ;

H 2 (g) + O 2 (g) = H 2 O (g); ∆H 3 = -241,83 kJ.

Odgovori: +27,99 kJ.

Možnost 2

1. Kakšni so termodinamični pogoji za spontani potek kemijske reakcije?

2. Plinast etilni alkohol C 2 H 5 OH lahko dobimo z interakcijo etilena C 2 H 4 (g) in vodne pare. Napišite termokemijsko enačbo za to reakcijo, pri čemer ste najprej izračunali njen toplotni učinek. odgovor:-45,76 kJ.

Možnost 3

1. Kaj imenujemo termokemijska enačba? Zakaj je treba navesti agregacijsko stanje snovi in ​​njihove polimorfne modifikacije?

2. Kristalni amonijev klorid nastane z interakcijo plinastega amoniaka in vodikovega klorida. Napišite termokemično enačbo za to reakcijo in najprej izračunajte njen toplotni učinek. Koliko toplote se bo sprostilo, če bi pri reakciji porabili 10 litrov amoniaka, preračunano pri normalnih pogojih? Odgovori: 78,97 kJ.

Možnost 4

1. Kakšna sta dva sistema simbolov za toplotne učinke?

2. Toplotni učinek reakcije zgorevanja tekočega benzena s tvorbo vodne pare in ogljikovega dioksida je enak -3135,58 kJ. Sestavite termokemijsko enačbo za to reakcijo in izračunajte toploto tvorbe C 6 H 6 (l). Odgovori: +49,03 kJ.

Možnost 5

1. Kakšna je standardna toplota (entalpija) tvorbe spojine? Kateri pogoji se imenujejo standardni?

2. Zapišite termokemijsko enačbo za reakcijo med CO(g) in vodikom, pri kateri nastaneta CH 4 (g) in H 2 O(g). Koliko toplote se bo sprostilo med to reakcijo, če je v normalnih pogojih proizvedenih 67,2 litra metana? odgovor: 618,48 kJ.

Možnost 6

1. Formulirajte Hessov zakon in posledico tega zakona. Kakšna je povezava med Hessovim zakonom in zakonom o ohranitvi energije?

2. Redukcija Fe 3 O 4 z ogljikovim monoksidom sledi enačbi

Fe 3 O 4 (k) + CO (g) = 3FeO (k) + CO 2 (g).

Izračunajte ∆G 0 298 in ugotovite, da lahko ta reakcija poteka spontano pod standardnimi pogoji. Koliko je ∆S 0 298 v tem procesu? odgovor:+24,19 kJ; +31,34 J/K.

Možnost 7

1. V kateri smeri spontano potekajo kemijske reakcije? Kaj je gonilna sila kemijskega procesa?

2. Pri zgorevanju 11,5 g tekočega etilnega alkohola se je sprostilo 308,71 kJ toplote. Napišite termokemijsko enačbo za reakcijo, pri kateri nastaneta vodna para in ogljikov dioksid. Izračunajte tvorbeno toploto C 2 H 5 OH (l). Odgovori: -277,67 kJ.

Možnost 8

1. Kaj je izobarično-izotermni potencial kemijske reakcije in kako je povezan s spremembo entalpije in entropije reakcije?

2. Toplotni učinek reakcije je –560,0 kJ. Izračunajte standardno toploto tvorbe .Odgovori: 83,24 kJ/mol.

Možnost 9

1. Kaj je entropija reakcije?

2. Na podlagi vrednosti standardnih toplot nastajanja in absolutnih standardnih entropij ustreznih snovi izračunajte ∆G 0 298 reakcije, ki poteka po enačbi NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (k). Ali lahko pride do te reakcije spontano pod standardnimi pogoji? Odgovori: -92,08 kJ.

Možnost 10

1. Kako se spreminja entropija z naraščajočim gibanjem delcev v sistemu?

2. Uporaba vrednosti reaktanti, izračunaj reakcijo in ugotovite, ali se lahko pojavi pod standardnimi pogoji.

Možnost 11

1. Osnovni pojmi termodinamike: sistem, faza, vrste sistemov, parametri stanja sistemov, vrste procesov.

2. Določite entalpijo reakcije alkoholnega vrenja glukoze

C6H12O62C2H5OH + 2CO2

encimi

∆Hº 298 (C 6 H 12 O 6) = - 1273,0 kJ/mol

∆Hº 298 (C 2 H 5 OH) = - 1366,91 kJ/mol

∆Hº 298 (CO 2) = - 393,5 kJ/mol

Možnost 12

1. Prvi zakon termodinamike za izohorne in izobarične procese. Entalpija.

2. Določite entalpijo reakcije: NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (T)

∆Нº 298 (НCl) = - 92,3 kJ/mol

∆Нº (NН 3) = - 46,2 kJ/mol

∆Нº (NH 4 Cl) = - 313,6 kJ/mol

Možnost 13

1. Termokemija: ekso- in endotermne reakcije. Termokemijske enačbe, njihove značilnosti.

2. Ugotovite, katera od teh reakcij je ekso- in katera endotermna? Svoj odgovor utemelji.

N 2 + O 2 D 2NO ∆H = + 80 kJ

N 2 + 3H 2 D 2NO 3 ∆Н = - 88 kJ

Možnost 14

1.Kateri so sistemski parametri? Katere parametre poznate?

2. Izračunajte entalpijo tvorbe plinastega žveplovega anhidrida, če se je pri zgorevanju 16 g žvepla sprostilo 197,6 kJ toplote.

Možnost 15

1. Naštejte funkcije stanja sistema.

4HCl (g) + O 2 (g) ↔ 2H 2 O (g) + 2Cl 2 (g); ∆H = -114,42 J.

Ali je v tem sistemu močnejši oksidant klor ali kisik in pri kateri temperaturi? odgovor: 891K.

Možnost 16

1. Katere vrste termodinamičnih procesov poznate?

2. Kako lahko razložimo, da pri standardnih pogojih poteka eksotermna reakcija H 2 (g) + CO 2 (g) = CO (g) + H 2 O (l); ∆H = -2,85 kJ. Ob poznavanju toplotnega učinka reakcije in absolutnih standardnih entropij ustreznih snovi določite ∆G 0 298 te reakcije. Odgovori: -19,91 kJ.

Možnost 17

1. Hessov zakon in posledice, ki izhajajo iz njega.

2. Identificirajte sisteme. Odgovori: 160,4 J/(mol K).

Možnost 18

1. Kako se tvorbena entalpija snovi razlikuje od reakcijske entalpije?

2. Izračunajte ∆H 0 ,∆S 0 ,∆G 0 T reakcije, ki poteka po enačbi Fe 2 O 3 (k) + 3H 2 (g) = 2Fe (k) + 2H 2 O (g). Ali je možna reakcija redukcije Fe 2 O 3 z vodikom pri 500 in 2000 K? Odgovor: +96,61 kJ; 138,83 J/K; 27,2 kJ; -181,05 kJ.

Možnost 19

2. Toplotni učinek katere reakcije je enak toploti tvorbe metana? Izračunajte toploto tvorbe metana na podlagi naslednjih termokemijskih enačb:

H2 (g) + O2 (g) = H20; ∆H 1 = -285,84 kJ;

C(k) + O 2 (g) = CO 2 (g); ∆H 2 = -393,51 kJ;

CH 4 (g) + 2O 2 (g) = 2H 2 O (l) + CO 2 (g); ∆H 3 = -890,31 kJ.

Odgovori: -74,88 kJ.

Možnost 20

1. Katere procese spremlja povečanje entropije?

2. Po štetju reakcij ugotovite, katera od obeh reakcij je termodinamično možna: ; .

Možnost 21

1. Kakšna je standardna tvorbena entalpija?

2. Na podlagi standardnih toplot nastajanja in absolutnih standardnih entropij ustreznih snovi izračunajte ∆G 0 298 reakcije, ki poteka po enačbi CO 2 (g) + 4H 2 (g) = CH 4 (g) + 2H 2 O (l). Ali je ta reakcija mogoča pod standardnimi pogoji? Odgovori: -130,89 kJ.

Možnost 22

1. Kakšen je predznak ∆ G procesa taljenja ledu pri 263 K?

2. Entropija se zmanjša ali poveča pri prehodu a) vode v paro; b) grafit v diamant? Zakaj? Izračunajte ∆S 0 298 za vsako transformacijo. Naredite sklep o kvantitativni spremembi entropije med faznimi in alotropskimi transformacijami. odgovor: a) 118,78 J/(mol∙K); b) -3,25 J/(mol∙K).

Možnost 23

1. Kakšen je predznak ∆ H procesa zgorevanja premoga?

2. Pri standardnih pogojih reakcija poteka spontano. Določite predznake ∆Ni ∆S v tem sistemu.

Možnost 24

1. Kakšen je predznak ∆ S postopka sublimacije "suhega ledu"?

2. Izračunajte ∆H O, ∆S O, ∆G O T reakcije, ki poteka po enačbi TiO 2 (k) + 2C (k) = Ti (k) + 2CO (g). Ali je možna reakcija redukcije TiO 2 z ogljikom pri 1000 in 3000 K? odgovor:+722,86 kJ; 364,84 J/K; +358,02 kJ; -371,66 kJ.

Možnost 25

1. Kakšen je predznak spremembe entropije med vrenjem vode?

2. Poiščite spremembo notranje energije med izhlapevanjem 75 g etilnega alkohola pri vrelišču, če je specifična toplota izparevanja 857,7 J/g, specifična prostornina pare pri vrelišču pa 607 cm 3 /g. . Volumen tekočine zanemarimo. Odgovori: 58,39 kJ.

Možnost 26

1. II zakon termodinamike. Carnot-Clausiusov izrek.

2. Izračunaj porabo toplotne energije pri reakciji, če dobimo 336 g železa. Odgovori: –2561,0 kJ.

Možnost 27

1. III zakon termodinamike.

2. Reakcija zgorevanja acetilena poteka po enačbi

C 2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2CO 2 (g) + H 2 O (l)

Izračunajte ∆G 0 298 in ∆S 0 298. Pojasnite zmanjšanje entropije kot posledico te reakcije. Odgovor: -1235,15 kJ; -216,15 J/(mol∙K).

Možnost 28

1. Nernstov izrek.

2. Pri gorenju plina amoniak nastaneta vodna para in dušikov oksid. Koliko toplote se bo sprostilo pri tej reakciji, če dobimo 44,8 litra NO, preračunano pri normalnih pogojih? Odgovori: 452,37 kJ.

Možnost 29

1. Planckov postulat.

2. Pri kateri temperaturi bo sistem dosegel ravnovesje?

CH 4 (g) + CO 2 (g) ↔ 2CO (g) + 2H 2 (g); ∆Н = +247,37 kJ?

Možnost 30

1. Osnove termodinamičnih izračunov

2. Po izračunu toplotnega učinka in spremembe Gibbsove energije pri 25 °C za reakcijo določite to reakcijo. Odgovori: –412,4 J/(mol K).

Povezane informacije.