Задачи для самостоятельного решения

141. На разложение некоторого количества оксида меди (II) было затрачено 12, 8 кДж теплоты. При этом образовалось 5, 0 г меди. Определить энтальпию образования оксида меди.

Ответ: –163, 8 кДж/моль.

142. При сжигании графита образовался оксид углерода (IV) массой 8, 86 г. Изменение энтальпии этой реакции Δ _rН ⁰₂₉₈ = –79, 2 кДж. Вычислите стандартную энтальпию образования СО₂.

Ответ: –393, 3 кДж/моль.

143. Написать термохимическое уравнение реакции растворения оксида меди (II) в соляной кислоте. Сколько тепла выделяется при растворении 100 г оксида?

Ответ: Δ _rН ⁰₂₉₈ =–5, 6 кДж; выделится 7 кДж тепла.

144. Рассчитать стандартную энтальпию образования оксида азота, зная тепловой эффект реакции:

4NH_{3 (г)} + 5О_{2 г)} → 4NO _(г) + 6Н₂О _(г), D _rН ⁰₂₉₈ = –906 кДж.

Сколько тепла выделится (поглотится) при сгорании 25 г аммиака?

Ответ: 90, 3 кДж/моль; 333 кДж.

145. Сколько тепла выделится (поглотится) при разложении 200 г СаСО₃ по реакции:

СаСО_{3 (к)} = СаО _(к). + СО_{2 (г)}, D _rН ⁰₂₉₈ = 178, 2 кДж.

Ответ: 356, 4 кДж.

146. Разложение гремучей ртути при взрыве идет по уравнению

Hg(ONC)₂ = Hg + 2CO + N₂; D _rН ⁰₂₉₈ = –364, 2 кДж.

Определить количество теплоты, выделившейся при взрыве 1, 5 кг Hg(ONC)₂.

Ответ: 1919 кДж.

147. При взаимодействии 3 моль оксида азота (I) с аммиаком образуется азот и пары воды. При этом выделяется 877, 7 кДж тепла. Написать термохимическое уравнение этой реакции и вычислить энтальпию образования оксида. Сколько тепла выделится при условии, что масса оксида азота составляет 50 г?

Ответ: Δ _fН ⁰₂₉₈(N₂О) = 81, 4 кДж; 332 кДж.

148. Чему равно изменение энтальпии реакции разложения бертолетовой соли:

KСlO₃ = KCl + 3/2O₂?

Сколько теплоты выделяется (поглощается) при разложении одного килограмма KСlO₃ по этой реакции?

Ответ: –45, 5 кДж; 371 кДж.

149. Определить тепловой эффект реакции:

H₂S _(г) + 3/2O_{2 (г)} ⇄ SO_{2 (г)} + Н₂О _(г).

Сколько теплоты выделяется при сжигании 1 м³ (н. у.) H₂S?

Ответ: – 517, 7 кДж; 23112 кДж.

150. Определить тепловой эффект реакции и рассчитать, сколько теплоты выделяется при сгорании 1 кг Mg по этой реакции.

2Mg _(к) + CO_2(г) = 2MgO_{к +} C _(гр).

Ответ: –809, 5 кДж; 16865 кДж.

151. Не производя вычислений, обосновать знак изменения энтропии при протекании реакций:

Fe₂O_{3 (к)}+ 3C _(гр) = 2Fe _(к) + 3CO _(г);

4НСl _(г)+ O_{2 (г)} = 2Cl_{2 (г)} + 2H₂O _(ж).

Подтвердить свой прогноз необходимыми расчётами.

Ответ: 542, 3 Дж/К; – 366, 6 Дж/К.

152. Определить энтальпию образования Р₂О₅, если при сгорании 6, 2 г фосфора выделяется 150, 7 кДж тепла.

Ответ: 1507 кДж/моль.

153. Не производя вычислений, указать для каких из перечисленных реакций изменение энтропии способствует самопроизвольному протеканию реакции; для последней реакции рассчитать D _rН ⁰₂₉₈:

а) TiO_{2 (к)}+2C _{(графит)} = Ti _(к) + 2СО _(г);

б) СН₃СООН (водн.)= СН₃СОО^- (водн.) + Н⁺ (водн.);

в) 2NO _(г)+ О_{2 (г)} = 2NО_{2 (г)}.

Ответ: –114, 2 кДж.

154. Вычислить теплоту образования MgCO₃, пользуясь данными:

С _(гр) + О_{2 (г)}= СО_{2 (г)}, D _rН ⁰₁ = –393, 5 кДж/моль;

Mg _(к) + 1/2O_{2 (г)} = МgO _(к), D _rН ⁰₂ = –601, 2 кДж/моль;

MgO _(к)+ CO_{2 (г)} = MgCO_{3 (к)}, D _rН ⁰₃ = –118, 3 кДж/моль.

Ответ: –1113 кДж/моль.

155. Определить теплоту образования этилена, пользуясь данными:

С₂Н_{4 (г)} + 3О_{2 (г)}= 2СО_{2 (г)} + 2Н₂О _(г), D _rН ⁰₁ = –1323 кДж;

С _{(графит)} + О_{2 (г)} = СО_{2 (г)}, D _rН ⁰₂ = –393, 5 кДж;

Н_{2 (г)} + 1/2О_{2 (г)} = Н₂О _(г), D _rН ⁰₃ = –241, 8 кДж.

Ответ: 52, 4 кДж/моль.

156. Рассчитать теплоту образования мышьяковистой кислоты на основе данных:

H_{2 (г)} + 1/2O_{2 (г)} = H₂O _(ж), D _rН ⁰₁ = –285, 85 кДж;

2As _(к) + 3/2O_{2 (г)} = As₂O_{3 (к)}, D _rН ⁰₂ = –653, 98 кДж;

As₂O_{3 (к)} + 3H₂O _(к) = 2H₃AsO_{3 (к)}, D _rН ⁰₃ = 31, 61 кДж.

Ответ: –740 кДж/моль.

157. Вычислить энтальпию образования карбоната магния, пользуясь уравнением:

MgCO_{3 (к)} = MgO _(к) +СО_{2 (г)}, D _rН ⁰ = 118, 3 кДж.

Ответ: –1113 кДж/моль.

158. Исходя из термохимических уравнений 1 и 2 и не пользуясь справочником, вычислить тепловой эффект реакции 3:

1. H₂S _(г) + 3/2О_{2 (г)} → Н₂О _(ж) + SO_{2 (г)}, D _rН ⁰₁ = –561, 1 кДж;

2. S _(к) + О_{2 (г)} → SO_{2 (г)}, D _rН ⁰₂ = –296, 2 кДж;

3. 2Н₂S _(г) + SO_{2 (г)} → 3S _(к) + 2Н₂О _(ж).

Ответ: –233, 6 кДж.

159. Основной процесс, протекающий в доменной печи, выражается суммарным уравнением:

Fe₂O_{3 (к)} + 3CO _(г) =2Fe _(к)+3CO_{2 (г)}.

Определить тепловой эффект и изменение энтропии данной реакции в стандартных условиях.

Ответ: –689, 9 кДж; 15, 2 Дж/К.

160. Вычислить тепловой эффект реакции при 298К:

Fe₂O_{3 (к)} + 2Al _(к) = Al₂O_{3 (к)} + 2Fe _(к).

Сколько тепла выделится при взаимодействии 27 г алюминия?

Ответ: –853, 5 кДж; –426, 8 кДж.

161. Установить, может ли реакция протекать самопроизвольно при 500 К:

Са _(к) + 2Н₂О _(ж) = Са(ОН)_{2 (к)} + Н_{2 (г)}.

Ответ: Да, может: Δ _rG ⁰₂₉₈ = –429, 8 кДж

162. Рассчитайте Δ _rG ⁰₂₉₈ системы

Ме₂О _(к) + Н₂О _(ж).= 2МеОН _(к)

для металлов а) Li, б) Na и в) K. На основании этого сделайте вывод об изменении основных свойств оксидов этих металлов.

Ответ: а)–85, 1 кДж; б) –147, 1 кДж; в) –201, 1.

163. Критерием возможности самопроизвольного протекания химических реакций в изолированной системе является изменение энтропии, а в неизолированной – изменение энергии Гиббса. Для приведённой реакции сделать вывод о возможности самопроизвольного протекания ее при стандартных условиях в изолированной и неизолированной системах:

4NH_{3 (г)} + 5O_{2 (г)} → 4NO _(г) + 6H₂O _(г).

Ответ: Δ _rS ⁰ = 178, 6 Дж/К; Δ _rG ⁰₂₉₈ = –959, 2 кДж.

164. На основе расчета Δ _rG ⁰₂₉₈ определить направление самопроизвольного протекания реакций в стандартных условиях (системы неизолированные):

1) 2N₂O _г + O_{2 г} = 4NO _г;

2) N₂O _г + NO _г = NO_{2 г} + N_{2 г}.

Ответ: 1) в обратном направлении;

2) в прямом направлении.

165. Рассчитать, при какой температуре (Т = 298 К или 2500 К) более вероятна реакция:

FeO _(к) + С _{(графит)} → Fe _(к).+ CO _(г).

Ответ: при 2500К.

166. Вычислить значение D _rG ⁰₂₉₈ следующих реакций и сделать вывод о том, протекание какой из них более вероятно:

1) FeO _(к) + 1/2 C _{(графит)} → Fe _(к) + 1/2CO_{2 (г)};

2) FeO _(к) + CO _(г) → Fe _(к) + CO_{2 (к)}.

Ответ: 1) 47, 1 кДж; 2) 231, 38 кДж.

167. Вычислить D _rG ⁰для реакции N₂ + O₂= 2NO при 1000, 2000, 3000, 5000 и 10000 °С; построить график зависимости D _rG ° от Т и найти по графику температуру, выше которой эта реакция может протекать самопроизвольно.

Ответ: выше 7300 К.

168. Вычислить, какая из реакций образования оксидов азота может протекать самопроизвольно в стандартных условиях (системы неизолированные):

1) N_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2NO _(г);

2) N_{2 (г)} +2O_{2 (г)} = 2NO_{2 (г)}.

Ответ: эти реакции не могут протекать самопроизвольно.

169. Рассчитать температуру, при которой начнется восстановление Fe₂O₃ водородом по уравнению:

Fe₂О_{3 (к)} + 3H_{2 (г)} = 2Fе _(к) + 3Н₂О _(г), D _rН ⁰ = 96, 61кДж.

Ответ: 682, 7 К.

170. Рассчитать, при какой температуре возможно самопроизвольное протекание реакции:

N_{2 (г)} + O_{2 (г)}= 2NO _(г).

Ответ: выше 7393 К.

171. Рассчитать, какая из двух реакций окисления меди более вероятна при 300 °С:

1) Cu _(к) + 1/2O_{2 (г)} = CuO _(к);

2) 2Cu _(к) + 1/2O_{2 (г)} = Cu₂O _(к).

Ответ: Δ _rG ⁰₂₉₈ (1) = –134, 3 кДж;

Δ _rG ⁰₂₉₈ (2) = – 150, 5 кДж..

172. Разложение нитрата аммония при нагревании возможно по двум направлениям:

1) NH₄NO_{3 (к)} = N₂O _(г) + 2H₂O_(г);

2) NH₄NO_{3 (к)} = N_{2 (г)} + 1/2O_{2 (г)} + 2H₂O _(г).

На основе расчета Δ _rG ⁰₂₉₈ определить, какое из направлений термодинамически более вероятно при температуре 177 ⁰С?

Ответ: Δ _rG ⁰₂₉₈ (1) = –169, 2 кДж;

Δ _rG ⁰₂₉₈ (2) = – 273, 3 кДж.

173. Определить D _rG ⁰приведенных ниже реакций в стандартных условиях:

О_{3 (г)} +2Н₂О_{2 (ж)} = 2О_{2 (г)} +Н₂О _(ж);

С _{(графит)} +Н₂О _(г) = СО _(г) +Н_{2 (г)}.

Ответ: –158, 9 кДж; 91, 45 кДж.

174. По какому уравнению реакции при стандартных условиях идет разложение пероксида водорода:

1) H₂О_{2 (ж)} = Н_{2 (г)} + O_{2 (г)},

2) H₂О_{2 (ж)} = Н₂О _(ж) + 1/2O_{2 (г)}?

Ответ подтвердить расчетом D _rG ⁰₂₉₈ этих реакций.

Ответ: 1) 120, 5 кДж; 2)–116, 7 кДж.

175. По значениям стандартной энергии Гиббса образования соединений (кДж/моль): NF₃ (–82, 4), NO₂ (51, 5), HNO₃ (–80, 8), NH₃ (–16, 7) расположите вещества в порядке увеличения их устойчивости. Укажите соединение, не образующееся из простых веществ.

176. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: CаО; FeО; CuO; Fe₂O₃? Вывод сделать на основе расчета свободной энергии Гиббса реакций взаимодействия оксидов с алюминием.

Ответ: все, кроме CaO.

177. Возможно ли горение кальция в атмосфере углекислого газа при стандартных условиях по реакции:

СО_{2 (г)} + 2Са _(к) = 2СаО _(к) + С _{(графит)}?

Ответ: D _rG ⁰₂₉₈ = –812, 6 кДж.

178. На основании расчета Δ _rG ⁰₂₉₈ определить, какими из перечисленных реакций можно получить бензол:

а) 6С _{(графит)} + 3Н_{2 (г)}= С₆Н_{6 (г)},

б) 6СН_{4 (г)} = С₆Н_{6 (г)} + 9Н_{2 (г)},

в) 3С₂Н_{4 (г)} = С₆Н_{6 (г)} + 3Н_{2 (г)},

г) 6СО_{2 (г)} + 15Н_{2 (г)} = С₆Н_{6 (г)} + 12Н₂О _(г)?

Ответ: 1)129, 68 кДж; 2) 434, 78 кДж;

3) –74, 74 кДж; 4) –247, 32 кДж.

179. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298 К: NiO; CaO; ZnO; SnO₂? Вывод сделать на основе расчета свободной энергии Гиббса реакций взаимодействия оксидов с водородом.

Ответ: NiO; SnO₂.

180. Рассчитать, при какой температуре начинается реакция, протекающая по термохимическому уравнению:

Fe₃O_{4 (к)} + CO _(г) = 3FeO _(к) + CO_{2 (г)}, D _rH ⁰ = 34, 5 кДж.

Ответ: 660 К.

Контрольные вопросы

1. Какие функции называют функциями состояния?

2. Что изучает термохимия? Какие уравнения называют термохимическими?

3. Какие химические реакции называют экзотермическими и эндотермическими?

4. Какая величина называется стандартной энтальпией образования сложного вещества?

5. Какие функции служат критериями направленности химических процессов.