Примеры решения задач. Задача 1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования газообразного бутана C4H10, если при его сгорании образовались 224 л (н.у.) оксида углерода CO2(г)

Задача 1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования газообразного бутана C₄H₁₀, если при его сгорании образовались 224 л (н.у.) оксида углерода CO_2(г), газообразная вода и выделилось 6647 кДж теплоты. Стандартные энтальпии образования (CO_2(г)) и (H₂O_(г)) известны.

Решение. Запишем уравнение реакции горения бутана и расставим стехиометрические коэффициенты:

C₄H_{10 (г)}+ 6,5О_{2 (г)} = 4CO_{2 (г)} + 5H₂O_(г).

При такой записи уравнения тепловой эффект реакции относится на 1 моль C₄H₁₀.

Запишем выражение для расчета теплового эффекта реакции:

= 4 (CO_2(г)) + 5 (H₂O_(г)) - (C₄H_10(г)).

Стандартная энтальпия образования О_{2 (г)} равна нулю. Величины (CO_2(г)) и (H₂O_(г)) берем из справочной таблицы. Искомой величиной является (C₄H_10(г)). Выразим уравнение относительно искомой величины:

(C₄H_10(г)) = 4 (CO_2(г)) + 5 (H₂O_(г)) - .

Теперь необходимо найти величину из условия задачи.

Рассчитаем количество вещества оксида углерода:

n(CO₂) = V^О(CO₂)/ V^О_м = 224/22,4 = 10 моль..

Воспользуемся пропорцией (5) и найдем тепловой эффект записанной нами реакции:

= × n(CO₂) / n(CO₂) = (-6647) × 4/10 = -2659 кДж.

Теперь подставим данные в записанное нами ранее выражение:

(C₄H₁₀) = 4(-393,5) +5(-241,8) –(-2659) = -124 кДж/моль.

Ответ. (C₄H_10(г)) = -124 кДж/моль.

Задача 2. При взаимодействии 508 г йода по реакции:

H_{2 (г)} + I_{2 (г)} = 2HI_(г)

выделилось 20,4 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную энтальпию образования йодистого водорода, если известна энтальпия сублимации йода _субл(I₂) = 62 кДж/моль.

Решение. Запишем выражение для расчета теплового эффекта реакции:

= 2 (HI_(г)) - (H_2(г)) - (I_{2 (г)}).

Искомой величиной является (HI_(г)). Стандартная энтальпия образования водорода (H_2(г))=0, т.к. это простое вещество в стандартном состоянии. Для йода за стандартное принято твердое состояние, а не газообразное. Но нам известна энтальпия сублимации йода, т.е тепловой эффект процесса:

I_{2 (тв)} = I_{2 (г)}, = _субл(I₂) = (I_{2 (г)}) = 62 кДж/моль.

Для расчета энтальпии образования HI необходимо знать тепловой эффект реакции , в которой он образуется.

Рассчитаем количество молей вступившего в реакцию йода:

n(I₂) = m(I₂)/ M(I₂) = 508/254 = 2 моль.

Составим пропорцию:

по уравнению на n(I₂) моль ® выделяется кДж,

по условию на n(I₂) моль ® выделяется кДж.

= × n(I₂) / n(I₂) = (-20,4) × 1/ 2 = -10,2 кДж.

Теперь можно найти искомую величину из выражения для расчета теплового эффекта реакции:

(HI_(г)) = ( + (I_2(г)))/n(HI_(г)) = (-10,2 + 62) / 2 = = 25,9 кДж/моль.

Ответ. (HI_(Г)) = 25,9 кДж/моль.

Задача 3. Определите тепловой эффект реакции

Fe₂O_{3 (тв)} + FeO_(тв) = Fe₃O_{4 (тв)},

используя следующие данные:

3 Fe₂O_{3 (тв)} + H_{2 (г)} = 2 Fe₃O_{4 (тв)} + H₂O_(г) (1) = -13,3 кДж,

Fe₃O _4(тв) + H_{2 (г)} = 3 FeO _(тв) + H₂O_(г) (2) = -84,8 кДж.

Решение. Решение заключается в построении такой алгебраической суммы данных термохимических уравнений реакций, которая соответствует искомому уравнению реакции. Разделим оба уравнения на 3 (или умножим на 1/3), тем самым приведем к одному молю каждого из оксидов Fe₂O₃ и FeO, как в искомом уравнении. Вычтем из первого уравнения второе и получим искомое:

1/3 ç 3 Fe₂O_{3 (Т)} + H_{2 (Г)} = 2 Fe₃O_{4 (Т)} + H₂O_(Г) (1)

-

1/3 ½ Fe₃O_{4 (Т)} + H_{2 (Г)} = 3 FeO_(Т) + H₂O_(Г) (2)

Fe₂O_{3 (Т)} + FeO_(Т) = Fe₃O_4(Т) (3)

Внимание, при переносе формульной единицы из одной части уравнения в другую знак перед ней, естественно, меняется.

Тогда тепловой эффект (3) тоже равен алгебраической сумме заданных тепловых эффектов:

(3) = 1/3( (1) - (2)) =1/3(-13.3 –84,8) = -32.7 кДж.

Ответ. Тепловой эффект реакции (3) = -32.7 кДж.

Задача 4. Определите стандартную энтальпию образования сульфата цинка (ZnSO_4(тв)) по следующим данным:

2ZnS_(тв) + 3O_{2 (г)} = 2ZnO_(тв) + 2SO_{2 (г)} = -927 кДж,

ZnSO_{4 (тв)} = ZnO_(тв) + SO_{3 (г)} = 230 кДж,

ZnS_(тв) = Zn_(тв) + S_(тв) = 184 кДж,

2SO_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2SO_{3 (г)} = -198 кДж.

Решение. Определить ZnSO₄) – значит надо рассчитать тепловой эффект такой реакции, в которой 1 моль этого вещества образуется из простых веществ в их стандартном состоянии (Zn_(тв), S_(тв), O_2(г)). Для этого, как и в предыдущей задаче, скомбинируем заданные уравнения реакций таким образом, чтобы в итоге получилось искомое уравнение.

1/2 ½2ZnS_(тв) + 3O_{2 (г)} = 2ZnO_(тв) + 2SO_{2 (г)} (1) = -927 кДж,

-

1 ½ ZnSO_{4 (тв)} = ZnO_(тв) + SO_{3 (г)} (2)= 230 кДж,

-

1 ½ ZnS_(тв) = Zn_(тв) + S_(тв) (3)= 189 кДж,

+

1/2 ½ 2SO_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2SO_{3 (г)} (4) = -198 кДж.

Zn_(тв) + S_(тв) + 2O_{2 (г)} = ZnSO_{4 (тв)} (5) = (ZnSO_4(тв)) =?

Тогда искомая энтальпия образования ZnSO₄ равна алгебраической сумме заданных тепловых эффектов:

(ZnSO₄) = 1/2 (1) - (2) - (3) – 1/2 (4) = = 1/2(-927) - 230 - 189 - 1/2(-198) = -981,5 кДж/моль.

Ответ. (ZnSO₄) = -981,5 кДж/моль.

IV. ИЗМЕНЕНИЕ ЭНТРОПИИ РЕАКЦИИ