H0298 некоторых веществ

Стандартные теплоты (энтальпии) образования

Таблица 4

Решение: Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называ­ют тепловой эффект реакции образования одного моля этого со­единения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоя­нии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т.е.

к 25°С (298 K), и I атм и обозначают через H⁰₂₉₈. Так как тепловой эффект с темпера­турой изменяется незначительно, то здесь и в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через Н. Следовательно, нужно вычислить тепловой эффект реакции, тер­мохимическое уравнение которой имеет вид

Исходя из следующих данных:

а)

б) С_(граф.) + 0₂(г) = CO_2(Г); Н = - 393,51 кДж;

в) Н _2(Г) + 1/2 О_2(Г) =Н₂О_(Ж); Н = - 285,84 кДж.

Ha основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (в) - на 3, а затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения (а):

C₂H₆ + 31/2 O₂ – 2C – 2O₂ – 3H₂ – 3/2 O₂ = 2CO + 3H₂O – 2CO₂ – 3H₂O;

H = –1559,87 + 787,02 + 857,52;

C₂H₆ = 2C + 3H₂; H = + 84,67 кДж

Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то

обр.

K тому же результату придем, если для решения задачи приме­нить вывод из закона Гесса:

Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю

;

обр.

.

Пример 3. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим

уравнением:

Вычислить тепловой эффект реакции, если известно, что моль­ная теплота парообразования равна + 42,36 кДж и известны теплоты образования:

(табл.4).

Решение: Для определения H реакции необходимо знать теплоту образо­вания. . Последнюю находим из данных задачи:

Вычисляем Н реакции, применяя следствие из закона Гесса:

= - 1366,87 кДж.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

81. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления одного моля Fе₂,0₃, металлическим алюминием. Ответ: - 847,7 кДж.

82. Газообразный этиловый спирт C₂H₅OH можно получить при взаимодей­ствии этилена C₂H_4(Г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

Ответ: - 45,76 кДж,

83. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (+2) водородом исходя из следующих термохимических уравнений:

Ответ: + 27,99кДж. 84.

84.При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод CS _2(Г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

Ответ: + 65,43 кДж.

85. Напишите термохимическое уравнение этой реакции между СО_(Г) и водородом, в результате которой образуются CH_4(Г) и H₂O_(Г). Сколько теплоты выделится при этой реакции?

Ответ: 206,16 кДж.

86. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования NO? Вычислите теплоту образования NO, исходя из следующих термохимических уравнений:

Ответ: 90,37 кДж.

87. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л амми­ака в пересчете на нормальные условия? Ответ: 78,97 кДж.

88. Вычислите теплоту образования метана исходя из следующих термо­химических уравнений:

Ответ: - 74,88 кДж.

89. Вычислите теплоту образования гидроксида кальция исходя из сле­дующих термохимических уравнений:

Са(к) + 1/2 О_2(г) = СаО_(к);

Ответ: - 986,50 кДж.

90.Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен - 3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту об­разования С₆Н_6(Ж).

Ответ: + 49,03 кДж.

91. Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.)
ацетилена C₂H₂, если продуктами сгорания являются диоксид угле­-
рода и пары воды?

Ответ: 924,88 кДж.

92. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид
азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было
получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия?
Ответ: 452,37 кДж.

93.Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим
уравнением

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СНзОН_(ж) равна + 37,4 кДж.

Ответ: - 726,62 кДж.

94. При сгорании II,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71
кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в ре­-
зультате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вы­
числите теплоту образования C₂,H₅OH_(Ж).

Ответ: - 277,67 кДж/моль.

95. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что моль­ная теплота парообразования бензола равна + 33,9 кДж.

Ответ: - 3135,58 кДж.

96. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение
реакции горения одного моля этана C₂H_6(г), в результате которой
образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании I м³ этана в пересчете на нормальные условия?
Ответ: 63742,86 кДж.

97. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:

Вычислите теплоту образования NН_3(Г).

Ответ: - 46,19 кДж.

98. При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось II,3I кДж теп-
лоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS.

Ответ: - 100,26 кДж/моль.

99. Теплоты растворения сульфата меди CuSO4 и медного купороса CuSO₄ . 5H₂O соответственно равны - 66,11 кДж и + 11,72 кДж. Вычислите теплоту гидратации СuSО₄.

Ответ: - 77,83 кДж.

100. При получении эквивалентной массы гидроксида кальция из СаО_(к) и выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция.

Ответ: - 635,6 кДж.

ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО

Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся не только выделением, но и поглощением теплоты.

Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре идет в обратном направлении, т.е. с поглоще­нием теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. C одной стороны система стремится к упорядочению (агрегации), уменьшению H, с другой стороны, система стре­мится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с пониже­нием температуры, а вторая - растет с повышением температуры. Тенден­цию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.

Энтропия (S),так же, как внутренняя энергия(U),энтальпия(Н),объем (V) и др., является свойством вещества, пропорциональным его коли­честву S,U,H,V обладает аддитивными свойствами, т.е. при сопри­косновении систем суммируются. Энтропия отражает движение частиц ве­щества и является мерой неупорядоченности системы. Сна возрастает с увеличением движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п. процессы, связанные с упорядоченностью системы: конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т.п. - ведут к уменьшению энтропии.

Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение () зависит только от начального (S₁) и конечного (S₂) состояния и зависит от пути процесса:

Если S₂>S_1, то .

Если S₂>S_1, то .

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно счи­тать, что мера беспорядка . Энтропия выражается в Дж/моль. град. Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух сил: стремление к упорядочению (H) и стремление к беспорядку (TS).

При P = const и T = const общую движущую силу процесса, которую

обозначают , можно найти из соотношения:

Величина называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль потенциала или которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому

.

Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения
любого потенциала и, в частности, в сторону уменьшения . Если
<0, процесс принципиально осуществим, если >O - процесс са­-
мопроизвольно проходить не может. Чем меньше , тем сильнее стрем­-
ление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния
равновесия, при котором = 0 и = . Из соотношения =
= - видно, что самопроизвольно могут протекать и процессы,
для которых > O (эндотермические). Это возможно, когда >0,
но , и тогда < O. C другой стороны, экзотермические реакции ( < O) самопроизвольно не протекают, если при <0 окажется, что > O.

B таблице 5 приведены стандартные энергии Гиббса образования () некоторых веществ и стандартные абсолютные энтропии некоторых веществ.

Стандартные энергии Г'иббса образования

некоторых веществ и стандартные энтропии этих соединений

Таблица 5

Вещество	, кДж/моль	, кДж/моль·К
BaCO3(K)	-1138,80	172,0
CaCO3(K)	-1128,75	92,0
Fe3O4(K)	-1014,20	146,4
BeCO3(K)	-944,75
CaO(K)	-604,20	39,7
BeO(K)	-581,61	14,0
BaO(K)	-528,40	70,0
CO2(Г)	-394,38	213,7
NaCl(K)	-384,03	72,0
ZnO(K)	-318,20	43,6
FeO	-244,30	54,0
H2O(Ж)	-237,19	69,94
H2O(Г)	-228,59	188,72
PbO2(K)	-219,00	74,9
CO(Г)	-137,27	197,5
CH4(Г)	-50,79	186,68
NO(Г)	+51,84	240,46
NO(Г)	+86,69	210,20
С2H2(Г)	+209,20	200,8
С (АЛМАЗ)	+2,76	2,28
С (ГРАФИТ)		5,7
Fe(К)		27,0
S(РОМБ)		30,5
Ti(КР)		28,96
TiO2(K)	-888,6	50,3
Fe2O3(K)	-740,3	89,96
NH4Cl(K)	-195,8	94,5
CH3OH(Ж)	-158,8	126,8
H2(Г)		130,59
HCl(Г)	-95,2	186,63
N2(Г)		191,49
NH3(Г)	-16,7	197,91
О2(Г)		205,03
H2S(Г)	-33,8	205,64
СО2(Г)	-394,4	213,65
С2H4(Г)	68,1	219,45
Сl2		222,95
PCl3(Г)	-273,6	311,66
PCl5(Г)	-310,4	352,71

Пример I. B каком состоянии энтропия I даль вещества больше: в крис­таллическом или парообразном при той же температуре?

Решение: Энтропия есть мepa неупорядоченности состояния вещества. B кристалле частицы (атомы, ионы) расположены упорядоченно и могут находиться лишь в определенных точках пространства, а для газов таких ограничений нет. Объем I моль газа гораз­до больше, чем I моль кристаллического вещества; возможность хаотического движения молекул больше. A так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия 1моля паров вещества, больше энтропии I моль его кристаллов при одина­ковой температуре.

Пример 2. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандарт­ных условиях в системе

Решение:Для ответа на вопрос следует вычислить прямой реакции. Значения соответствующих веществ приве­дены в табл.5. Зная, что есть функция состояния и что для простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим процесса:

=2 (-137,27) + 2 (0) - (-50,79 - 394,38) = + 170,63 КдЖ

To, что >0 указывает на невозможность самопроизвольного протекания прямой реакции при Т = 298 K и ра­венстве давлений взятых газов I,OI3 • 10⁵ Па (760 мм рт. ст. = I атм.).

Пример 3.Ha основании стандартных теплот образований (табл.5) вычислите peaкции протекающей по уравнению

Решение: - функции состояния, поэтому

Так как , то реакция возможна, но скорость дан­ной peaкции зависит от условий ее протекания.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

101. Вычислите для следующих реакций:

а) 2

б)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить цинком по реакции (б)?

Ответ: + 313,94 кДж; - 417,4 кДж.

102. При какой температуре наступит равновесие системы:

Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при каких температурах? Ответ: 891 K.

103. Восстановление Fe₃О₄ оксидом углерода идет по уравнению

Вычислите и сделайте вывод о возможности самопроиз­вольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно в этом процессе?

Ответ: + 24,19 кДж; + 31,34 Дж/моль • K.

104. Реакция горения ацетилена идет по уравнению

Вычислите и . Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

Ответ: - 1235,15 кДж; - 216,15 Дж/(моль · K).

105. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар;

б) графита в алмаз? Почему? Вычислите для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

Ответ: а) 118,98 Дж/моль·К); б) -3,25Дж/(моль·К).

106.Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция:

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные энтропии (табл.5) соответствующих веществ, определите этой реакции.

Ответ: + 19,91 кДж.

107. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе

Ответ мотивируйте, вычислив прямой реакции.

Ответ: -69,70 кДж.

108. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных энтропий (табл.5) соответствующих веществ, вычислите реакции, протекающей по уравнению

Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

Ответ: - 92,08 кДж.

109. При какой температуре наступит равновесие системы

Ответ: 385,5 К.

110. При какой температуре наступит равновесие системы

Ответ: 961,9 K.

111. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ре­акции, протекающей по уравнению

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: - I30,89 кДж:.

112. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ре­акции, протекающей по уравнению

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: - I30,89 кДж.

113. Вычислите реакции, протекающей по уравнению

Возможна ли реакция восстановления Fe₂O₅ водородом при тем­пературах 500 и 2000 K?

Ответ: + 96,61 кДж;138,83 Дж/К; - 181,05 кДж.

114. Какие из карбонатов: BeCO₃, CaCO₃, BaCO₃ - можно получить по peакции взаимодействия соответствующих оксидов с CO₂? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив реакций.

Ответ: + 31,24 кДж; -130,I7 кДж; -216,02гДж.

115. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стан-­
дартных энтропий соответствующих веществ вычислите реакции, протекающей по уравнению

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: - 142,16 кДж.

116.Образование сероводорода из npocтых веществ протекает по
уравнению

Исходя из значений соответствующих веществ, определите и для этой реакции.

Ответ: + 43,15 Дж/моль·град; - 33,01 кДж.

117.Ha основании стандартных теплот образования и абсолютных
стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите
реакции, протекающей по уравнению:

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: - I33I,2I кДж.

118.Определите, при какой температуре начнется реакция восстанов­-
ления Fe₃O₄, протекающая по уравнению

Ответ: 1102,4 K.

119.Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пента-
хлорида фосфора, протекающая по уравнению

Ответ: 509 K.

120. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по
уравнениям:

Почему в этих реакциях > O; < O; O?

Ответ: 220,21 Дж/К; - 198,26 Дж/К; 2,93.Дж/К.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение……………………………………………………………………………3
2. Программа………………………………………………………………………....4
3. Контрольные задания……………………………………………………………..7
4. Основные законы и понятия в химии…………………………………………14
5. Контрольное задание 1:Моль. Эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. Закон эквивалентов……………………………………..16
6. Контрольные вопросы…………………………………………………………..18
7. Строение атома…………………………………………………………………..20
8. Контрольные вопросы…………………………………………………………...23
9. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева………………………..26
10. Контрольные вопросы……………………………………………………………28
11. Химическая связь и строение молекул. Конденсированное состояние вещества……………………………………………………………………………30
12. Контрольные вопросы…………………………………………………………….34
13. Энергетика химических процессов……………………………………………..36
14. Контрольные вопросы…………………………………………………………….41
15. Химическое сродство……………………………………………………………..44
16. Контрольные вопросы…………………………………………………………….47