Обратить внимание на то, что

Предыдущая1234567Следующая

1) в настоящее время термохимический способ написания реакций заменяется термодинамическим, в котором справа в уравнении реакции записывается тепловой эффект в системе.

2) при определении теплоты реакции учитывается агрегатное состояние и количества реагирующих веществ и продуктов реакции;

3) при расчете стандартной энергии Гиббса по уравнению: DG°= DН° - ТDS° единицы измерения величины Н° и произведения Т S° должны совпадать (табулированное значение Н° имеет единицы измерения кДж/моль, S° - Дж/(моль×К).

4) при расчете константы равновесия по уравнению: К = е- G°/RTединицы измерения величины G° и произведения RT должны совпадать, т.к. величина К- безразмерная.

5) направление протекания самопроизвольного химического процесса можно определить, исходя из:

а) знака стандартной энергии Гиббса;

б) анализа энтропийного и энтальпийного факторов;

6) направления химического процесса определяется, исходя из:

а) знака величины G°;

б) значения величины К;

в) уравнения изотермы Вант-Гоффа.

7) в уравнении изобарыединицы измерения величины Н° должны быть Дж/моль, т.к. единицы измерения газовой постоянной R - Дж/(моль×К) и в левой части уравнения стоит безразмерная величина.


Учесть, что по уравнению изобары можно рассчитать:

1) константу равновесия К1(К2), если известны величины К2(К1), Т1, Т2, Н°..

2) стандартную теплоту реакции Н°, если известны значения К2, К1, Т1, Т2. В этом случае можно сделать вывод о типе химической реакции (экзотермическая или эндотермическая).

_____________________________________________________________________________________________

Примеры решения типовых задач

Пример 1

Расчет стандартной энтальпии реакции по стандартным энтальпиям образования веществ.

Вычислите стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в автотрофных бактериях Thiobacillus thioparus:

5Na2S2O3× 5Н2O(т) +7O2(г) 5Na2SO4(т) + 3Н2SO4(ж) + 2S(т) +22H2O

Решение. Найдем в справочнике табличные значения DfН° (кДж/моль) для каждого вещества: DfН°(5Na2S2O3× 5Н2O )=-2602 кДж/моль; DfН°(Н2O) = -286 кДж/моль;

DfН°(Na2SO4) = -1384 кДж/моль; DfН°( Н2SO4) = - 907 кДж/моль. Энтальпии простых веществ (кислорода и серы) равны нулю.

Для решения задачи воспользуемся следствием из закона Гесса:

DrH° = SniDfH°(продуктов) - SnjDfH°(исходных веществ).

Подставляя в выражение значение стандартных энтальпий образования веществ и учитывая стехиометрические коэффициенты, вычислим стандартную энтальпию реакции:

DrH° = 5×DfН°(Na2SO4) +3× DH°f( Н2SO4) +22×DfН°(Н2O) - 5×DfН°( Na2S2O3×5H2O)



= [ 5×(-1384) +3× (-907) +22×(- 286)] – 5(-2602) = -2923 кДж/моль

Ответ: -2923 кДж/моль

Анализ полученного ответа: данная реакция является экзотермической, т.к. DrН° < 0.

Пример 2

Pасчет стандартной энтальпии реакции по стандартным энтальпиям сгорания веществ.

Вычислите стандартную энтальпию реакции:

С6H12O6(aq) 2С2Н5OH(ж) + 2СО2(г)

Решение. Найдем в справочнике значения DсН° для глюкозы и этанола:

DcН°(С6H12O6)= -2810 кДж/моль; DcН°(С2Н5OH) = -1371 кДж/моль.

Стандартная энтальпия сгорания углекислого газа, как конечного продукта окисления, равна 0.

Для решения задачи воспользуемся следствием из закона Гесса:

DrН° = SniDcН°(исходных веществ) - SnjDcН°(продуктов).

Подставляя в выражение значения стандартных энтальпий сгорания веществ и учитывая стехиометрические коэффициенты, вычислим стандартную энтальпию реакции:

DrН° = DсН°(С6H12O6) - 2×DсН°(С2Н5OH) = -2810 - 2×(-1371) = -68 кДж/моль

Ответ: -68 кДж/моль

Пример 3.

Расчет энтальпии реакции с учетом количеств вступивших веществ.

Вычислите калорийность 350 г пищевого продукта, содержащего 50% воды, 30% белка, 15% жиров и 5% углеводов.

Решение. Q = Q(белка) + Q(жиров) + Q(углеводов). Для определения калорийности белков, жиров, углеводов воспользуемся табличными значениями удельных теплот полного окисления веществ в условиях организма: условный белок –17 кДж/г; условный жир – 39кДж/г; углеводы – 17кДж/г.

Q(бел.) = m(пищ. прод.)× w(бел.) × Q(усл. бел.)

Q(жир.) = m(пищ. прод.) × w(жир.) × Q(усл. жир.)

Q(угл.) = m(пищ. прод.) × w(угл.) × Q(угл.)

Q(бел.)= 350г × 0,3 × 17 кДж/г = 1785 кДж/г

Q(жир.) = 350г × 0,15 × 39 кДж/г = 2047,5 кДж/г

Q(угл.) = 350г× 0,05 × 17 кДж/г = 297,5 кДж/г

Q = 1785,0 + 2047,5 + 297,5 = 4130,0 кДж = 987 кКал.

Ответ: » 987 кКал.


Пример 4.

Нахождение стандартных теплот путем алгебраического суммирования уравнений на основании закона Гесса.

Вычислите стандартную энтальпию образования хлорида фосфора (V) по следующим значениям теплот реакции:

Р4(красный) + 6Cl2(г) Û 4PCl3(ж), DrН° = -1272 кДж/моль (I);

РCl3(ж) + Cl2(газ) Û РCl5(тв), DrН° = -137 кДж/моль (II).

Решение. Если энтальпия образования какого-либо вещества неизвестна, ее можно вычислить, применив обычные алгебраические действия к термодинамическим уравнениям реакции.

Энтальпия реакции (I) – это энтальпия реакции образования 4 моль хлорида фосфора (III) из простых веществ. Следовательно, стандартная энтальпия образования РCl3 будет равна ¼DrH° (I).

Вычислим стандартную энтальпию образования хлорида фосфора (V) из простых веществ, зная DrH°II и DfH° (PCl3):

DfH°(PCl5) = DrH°(II) + DrH°(I)/4 = -137-1272/4 = - 455 кДж/моль

Ответ: Стандартная теплота образования хлорида фосфора (V) равна – 455 кДж/моль.

*Расхождения между ответами и табличными величинами объясняется экспериментальными ошибками в табличных данных по теплотам образования и сгорания веществ.

Пример 5.

Расчет стандартной энтропии реакции по стандартным значениям энтропии реагентов и продуктов.

Вычислите стандартную энтропию реакции:

С2Н2(г) + 2Н2(г) Û С2Н6 (г)

Решение. Вычислим DrS° по формуле

DrS° = åniDS° (продуктов) - ånjDS° (исх. в-в).

Подставляя в выражение значения стандартных энтропий веществ и учитывая стехиометрические коэффициенты, вычислим стандартную энтропию реакции:

DS°r = DS° (С2Н6) – (DS° (С2Н2) + 2×DS° (Н2)) = 229 – (201 + 2× 131) = -234 Дж/моль×К

Ответ: -234 Дж/(моль×К)

Пример 6.

Расчет стандартной энергии Гиббса реакции по стандартным значениям энергии Гиббса образования реагентов и продуктов.

Вычислите стандартную энергию Гиббса реакции фотосинтеза:

6СО2(г) + 6Н2О(ж) Û С6Н12О6(aq) + 6О2(г)

Решение. Выпишем табличные значения DfG° веществ в кДж/моль:

DfG° (СО2) = -394,4 кДж/моль; DfG° (Н2О) = -237 кДж/моль;

DfG° (С6Н12О6) = - 917кДж/моль; DfG° (О2) = 0.

DrG° реакции вычислим по формуле DrG° = åniDfG°(продуктов) - ånjDfG°(исх.в-в).

Подставляя в выражение значения стандартных энергии Гиббса образования веществ и учитывая стехиометрические коэффициенты, вычислим стандартную энергию Гиббса реакции фотосинтеза:

DG° r= (DfG°(С6Н12О6) + 6×DfG°(О2)) – 6×(DfG°(СО2) + DfG°(Н2О)) =

= -917 -6×(-394,4 – 237) = 2871кДж/моль.

Ответ: 2871 кДж/моль.

Пример 7.

Расчет стандартной энергии Гиббса реакции по величинам стандартной энтальпии и стандартной энтропии реакции.

Анализ энтропийного и энтальпийного факторов.

Вычислите стандартную энергию Гиббса реакции денатурации трипсина при 50°С; DrН° = 283 кДж/моль,DrS° = 288 Дж/(моль×К). Оцените вклад энтальпийного и энтропийного факторов.

Решение. Воспользуемся объединенным выражением для первого и второго начала термодинамики:

DG° = DН° - ТDS°, по которому изменение энергии Гиббса DG° определяется двумя слагаемыми:

DН° (энтальпийным фактором) и ТDS(энтропийным фактором).

DrG° = 283 кДж/моль – 323К× 0,288кДж/(моль× К) = 190 кДж/моль.

При соотношении êDН° ê > êTDS°ú контролирующим оказывается энтальпийный фактор.

Ответ: 190 кДж/моль.

Пример 8.

Расчет температуры равновероятного протекания прямого и обратного процесса.

Вычислите температуру, при которой равновероятны оба направления процесса:

СО2(г) + С(тв) Û 2СО(г), DrН° = +173 кДж/моль; DrS°= +176 Дж/(моль×К).

Решение. Оба направления процесса равновероятны при условии, что DrG° становится равным нулю. Согласно выражению искомую величину рассчитаем :

DrН° 173 кДж/ моль

Т = ¾¾¾= ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 983 К

DrS° 0,176 кДж/(моль× К)

Ответ: Т = 983 К.


Пример 9.

Расчет константы равновесия по стандартной энергии Гиббса реакции, выяснение практической обратимости реакции в стандартном состоянии.

Рассчитайте константу химического равновесия реакции гидролиза глицил-глицина при 310 К, если DrG° = -15,08 кДж/моль. Обратима ли данная реакция?

Решение. Константу химического равновесия находим по формуле:

ln K = -DrG°/RT или К = е-DrGо/RT; К = е-(-15080 Дж/моль)/ 8,31 Дж/(моль × К) ×310 К К = 5,85

Ответ: К = 5,85. Реакция является обратимой, т.к. 10-5 < 5,85 < 105

Пример 10.

Расчет по уравнению изотермы реакции: определение направления обратимой реакции состоянии, отличающемся от стандартного.

Для реакции

СО + Cl2 Û СОCl2 константа равновесия равна 6,386 при 600°С.

В каком направлении будет протекать реакция, если в 1л реакционной смеси находятся:

а) 1 моль СО; 1 моль Cl2 и 4 моль СОCl2

б) 1 моль СО; 1 моль Cl2 и 8 моль СОCl2

в) 1 моль СО; 1,565 моль Cl2 и 10 моль СОCl2

Решение. В закрытой системе давления газов пропорциональны их количествам веществ. Воспользуемся уравнением изотермы Вант-Гоффа.

Пс DrG = R× T× ln ¾ К n (СОCl2) Рассчитаем Пс = ¾¾¾¾¾ n(СО)×n(Cl2)
а) Пс = ¾ = 4; 1 × 1 б) Пс = ¾¾¾ = 8; 1 × 1 в) Пс = ¾¾¾ = 6,386. 1,565 × 1

Для:

а) самопроизвольно будет протекать прямая реакция, т.к. Пс < К;

б) самопроизвольно будет протекать обратная реакция, т.к. Пс > К;

в) система находится в состоянии равновесия, т.к. Пс = К.

Пример 11.

Расчет константы равновесия при второй температуре по уравнению изобары реакции. Расчет стандартной энтальпии по двум константам при разных температурах по уравнению изобары реакции.

Константа равновесия реакции Fe3O4(тв) + 4СО(г) == 3Fe(тв) + 4СО2(г) при 1091 К равна 2,49; а при 1312 К - 4,50.

Рассчитайте: а) стандартную энтальпию реакции; б) константу равновесия при 1200 К.

Решение. Воспользуемся уравнением изобары химической реакции.

Примем Т1 = 1091 К; Т2 = 1312 К.

R× ln(k2/k1) а) DrH° = ¾¾¾¾ (1/Т1 – 1/Т2) 8,31 Дж/(моль× К) × ln (4,5 / 2,49) DrH° = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 31,9 кДж/(моль× К) ( 1/1091К – 1/1312К)

б) Примем Т1= 1091К, Т2= 1200К. Преобразуем уравнение

DrН° ln k2 = ¾¾¾¾ (1/Т1- 1/Т2) + ln k1 R 31900 Дж/моль ln k2 = ¾¾¾¾¾¾¾¾ (1/1091К – 1/1200 К) + ln 2,49 К2 = 3,43. 8,31 Дж/(моль ×К)


7426716276766319.html
7426736452209549.html
    PR.RU™