СРС-5.1. Энергетика химических процессов

Содержание темы (по рабочей программе):

Некоторые основные понятия термодинамики: система, виды систем, фаза, термодинамические параметры, гомогенные и гетерогенные системы. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики для различных процессов. Тепловые эффекты процессов. Закон Гесса. Теплота образования химического соединения. Следствие закона Гесса.

Необходимые умения: составлять термохимические уравнения реакций. Вычислять энтальпию (тепловой эффект) процесса на основе закона Гесса и его следствия.

Общие вопросы по теме

1. По каким критериям подразделяют системы на:

а) открытые; б) закрытые; в) изолированные? Приведите характеристику каждой из вышеназванных систем.

2. Что такое внутренняя энергия системы? Укажите основные составляющие этой величины.

3. Приведите математическое выражение (интегральное) 1-го закона термодинамики (закон сохранения энергии).

4. Изменению какой функции состояния равен тепловой эффект:

а) изохорно-изотермического процесса; б) изобарно- изотермического процесса.

(Выведите из математического выражения 1-го закона термодинамики).

5.Что такое энтальпия (теплота) образования химического соединения? При каких условиях эта величина называется стандартной энтальпией образования

вещества и как она обозначается?

6. Сформулируйте основной закон термохимии – закон Гесса. Укажите условия, для которых справедлив закон Гесса.

7. Сформулируйте следствие закона Гесса и выразите его математически.

Вариант 1

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной энтальпии образования вещества:

а) 2Mg_(к) + 2C_{(графит)} +3O_2(г) = 2MgCO_3(к); DH⁰₁ = -2191,70 кДж.

б) MgО_(к) + CО_2(г) = MgCO_3(к); DH⁰₂ = -100,85 кДж.

в) Mg_(к) + C_{(графит)} +3/2O_2(г) = MgCO_3(к); DH⁰₃ = -1095,85 кДж.

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны следующие термохимические уравнения:

ZnSO_4(к) + 7H₂O_(ж) = ZnSO₄ ^. 7H₂O_(к); DH⁰₁ = DH⁰_{(гидратации)} = -96,15 кДж.

ZnSO₄^. 7H₂O_(к) + 493H₂O_(ж) = ZnSO_4(р-р); DH⁰₂ = DH⁰₍растворения₎ = +18,87 кДж.

По этим данным вычислите стандартную энтальпию растворения безводного сульфата цинка ZnSO_4(к).

10. Стандартная энтальпия горения жидкого бензола С₆Н_6(ж) равна 3037,46 кДж. Вычислите стандартную энтальптю образования жидкого бензола, используя приведенные ниже данные:

С₆Н_6(ж) + 15/2 О_2(г) = 6СО_2(г) + 3Н₂О_(г); DH⁰_р-ции = 3037,46 кДж

DH⁰_f (кДж/моль) ? -393,51 -241,81

Вариант 2

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной . энтальпии образования вещества:

1) 2FеО_(к)-+ ¹/₂О_2(г) = Fе₂О_3(к); DH⁰₁ = -292,46 кДж

2) 2Fе_(к) + ³/₂О_2(г) = Fе₂O_3(к); DH⁰₂ = -822,16 кДж

3) 4Fе_(к) + 30_2(г) = 2Fе₂0_3(к); DH⁰₃ = -1644,32 кДж

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Вычислите стандартную энтальпию реакции:

P₂O_5(к) + H₂О_2(ж) = 2НPO_3(ж); DH⁰_р-ции = ?

если известны стандартные энтальпии следующих реакций:

2Р_(к) + ⁵/₂ 0_2(г) = Р₂0_5(к); DН⁰₁ = -1507,2 кДж

2Р_(к) + 30_2(г) + Н_2(г) = 2НР0_3(ж); DН°₂ = -1964,8 кДж

Н_2(г) +1/20_2(г) = Н₂0_(ж); DН°з = -285,83 кДж

10. Вычислите стандартную энтальпию образования аммиака NН_3(г), используя приведенные ниже данные:

NН_3(г) + 3/2О_2(г) = N_2(г) + 3H₂O_(ж); DH⁰_р-ции = -765,61 кДж

DH⁰_f (кДж/моль) ? -285,83

Вариант 3

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной энтальпии образования вещества:

1) 4Сr_(к) + 30_2(г) = 2Сr₂0_3(к); DН⁰₁ = -2281,12 кДж

2) 2Сr_(к) + ³/₂0_2(г) = Сr₂0_3(к); DН°₂ = -1140,56 кДж

3) 2СrO_(к) + 1/2О_2(г) = Сr₂0_3(к); DН°₃ = -292,46 кДж

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны следующие термохимические уравнения:

2Мg_(к) + О_2(г) = 2Мg0_(к); DН⁰₁ = -601,49 кДж

С_{(графит)} + О_2(г) = С0_2(г); DН°₂ = -393.51 кДж

МgСО_3(к) = Мg0_(к) + С0_2(г); DН°₃ = +100,86 кДж

Исходя из приведенных термохимических уравнений, вычислите стандартную энтальпию образования кристаллического карбоната магния.

10.Реакция выражается следующим термохимическим уравнением:

4Fе(ОН)_2(к) + О_2(г) + 2Н₂0_(ж) = 4Fе(ОН)_3(к); DН⁰ _р-ции = ?

DН⁰_f (кДж/моль) -561,7 -285,83 -824,25

Вычислите стандартную энтальпию (тепловой эффект) данной реакции, используя приведенные выше данные.

Вариант 4

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной энтальпии образования вещества:

1) S0_3(г) + Н₂0_(ж) = Н₂S0_4(ж); DН⁰₁ = -132,3 1 кДж

2) S_(к) + 20_2(г) + Н_{2 (г)} = Н₂S0_4(ж); DН°₂ = -813,99 кДж

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения:

Fе_(к) + ¹/₂0_2(г) = FеО_(к); DН⁰₁ = -264,85 кДж

2Fе_(к) + ³/₂0_2(г) = Fе₂0з_(к); DН°₂ = -822,16 кДж.

Вычислите стандартную энтальпию реакции:

2FеО_(к) + ¹/₂О₂₍г) = Fe₂O_3(к); DН⁰_р-ции = ?

10. В промышленности для производства негашеной извести используется реак­ция разложения известняка:

СаСОз_(к) = СаО_(к) + СО_2(г); АН°_р-ции = ?

DН°_f (кДж/моль) -1206,83 -635,09 -393,51

Вычислите стандартный тепловой эффект (энтальпию) этой реакции и укажите, какая эта реакция – экзо-, или эндотермическая.

Вариант 5

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной энтальпии образования вещества:

1) С_{(графит)} + 2Н_2(г) = СН_4(г); DН⁰₁ = -74,85 кДж

2) N_2(г) + ЗН_2(г) = 2NН_3(г); DН°₂ = -91,88 кДж

3) ЗСа_(к) + 2Р_(к) + 40_2(г) = Са₃(Р0₄)_2(к); DН°₃ = -4120,82 кДж

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Исходя из следующих термохимических уравнеий:

КС10з_(к) = КС1_(к) + ³/₂0_2(г); DН⁰₁ = -45,48 кДж

КС10_4(к)= КС1_(к) + 20_2(г); DН°₂ = -6,56 кДж

Вычислите стандартную энтальпию реакции

4КСlOз_(к) = ЗКСlO_4(к) + КС1_(к); DН°_Р-ЦИИ = ?

10.Вычислите стандартный тепловой эффект (энтальпию) реакции обжига гип­сового камня, используемой для производства строительного гипса:

СаS0₄ ^. 2Н₂О_(к) = bСаS0₄ ^. 1/2Н₂О_(к)+³/₂Н₂0_(г); DН°_Р-ЦИИ = ?

DН°_f (кДж/моль) -2021,1 -1573 241,81

Вариант 6

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной . энтальпии

образования вещества:

1) Са_(к) + S_(к) + 20_2(г) = СаSО_4{к); DН⁰₁ = -1436,28 кДж

2) СаО_(к) + S0_3(г) = СаS0_4(к); DН°₂ = -405,34 кДж

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Вычислите стандартную энтальпию образования оксида меди (II), если известны стандартные энтальпии следующих реакций:

СuО_(к) + Н_2(г) = Сu_(к) + Н₂О_(г); DН⁰₁ = -79,81 кДж

Н_2(г) + ¹/₂0_2(г) = Н₂О_(г); DН°₂ = -241,81 кДж.

10. Вычислите стандартную энтальпию реакции карбонизации извести, которая сопровождает процесс твердения извести:

Са(ОН)_2(к) + С0_2(г) = СаС0_3(к); DН°_Р-ЦИИ = ?

DН°_f (кДж/моль) -985,12 -393,51 -1206,83

Вариант 7

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной энтальпии образования вещества:

1) СаО_(к) + Н₂0_(ж) = Са(ОН)_2(к); DН⁰₁ = -64,20 кДж

2) Са_(к) + 0_2(г) + Н_2{г) = Са(ОН)_2(к); DН°₂ = -985,12 кДж

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения:

4NН_3(г) + ЗО_2(г) = 2N_2(г) + 6Н₂О_(ж); DН⁰; = -1531,22 кДж

4NН_3(г) + 5О_2(г) = 4NО_(г) + 6Н₂О_(ж); DН°₂ = -1166,18 кДж.

Вычислите стандартную энтальпию образования оксида азота (II), NО_(г).

10.По стандартным энтальпиям образования веществ, приведенным ниже, вы­числите стандартную энтальпию реакции твердения строительного гипса:

bСаS0₄ ^. 1/2Н₂О_(к) + ³/₂Н₂0_(г) = СаS0₄ ^. 2Н₂О_(к) ; DН°_Р-ЦИИ = ?

DН°_f (кДж/моль) -1573 -241,81 -2021,1

Вариант 8

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной энтальпии образования вещества:

1) N_2(г) + 20_2(г) = 2N0_2(г); DН⁰₁ = +68,38 кДж

2) N0_(г) + ¹/₂0_2(г) = N0_2(к); DН°₂ = -57,00 кДж

3) 2N_2(г) + О_2(г) ⁼ NО_2(г); DН°₃ = +34,1 кДж

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения:

Са_(к) + ¹/₂0_2{г) = СаО_(к); DН⁰₁ = -635,09 кДж

Са_(к)+ 0_2(г) + Н_2(г) = Са(ОН)_2(к); DН°₂ = -985,12 кДж

Н_2(г) + '/₂ 0_2(г) = Н₂0_(ж); DН°₃ = -285,83 кДж.

Вычислите стандартную энтальпию реакции гашения извести водой:

СаО_(к) + Н₂0_(ж) = Са(ОН)_2(к); DН⁰_р-ции = ?

10. Стандартная энтальпия (тепловой эффект) данной ниже реакции равен +229 кДж:

2СаС0_3(к) + SiO_2(к)= [2СаО ^. SiO_2(к)] + 2СО_2(г); DН°_р-ции = +229 кДж

АН⁰_f -1206,83 -910,94 ? -393,51 (кДж/мол ь)-

Вычислите стандартную энтальпию образования двухкальциевого сили­ката [2СаО ^. SiO_2(К)] - минерала клинкера портландцемента.

Вариант 9

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной энтальпии образования вещества:

1) ЗС₂Н_2(г) = С₆Н_6(ж); DН⁰₁ = - 404,47 кДж

2) 6С_{(графит)} + ЗН_2(г) = С₆Н_6(ж); DН°₂ = +49,03 кДж

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения растворения и гидратации безводного сульфата меди:

СuS0_4(к) + 400Н₂0_(ж) = СuSО_4(р._р); DН⁰₁ = -68,37 кДж;

СuS0_4(к) + 5Н₂0_(ж) - СиS0₄ ^. 5Н₂0_(к); DН°₂ = -78,87 кДж;

Вычислите энтальпию растворения кристаллогидрата сульфата меди:

СиS0₄ ^. 5Н₂0_(к) + 395Н₂О_(ж) = СиSО_4(р._р); DН⁰ _{растворения} = ?

10.По стандартным энтальпиям образования веществ вычислите энтальпию ре­акции:

3СаО_(к) + А1₂0_3(к) = [ЗСаО ^. А1₂0_3(к)]; DН°_р-ции = ?

DН°f (кДж/моль) -635,09 -1675,69 -3556,4

[ЗСаО ^. А1₂О₃] — трехкальциевый силикат, один из минералов клинкера порт­ландцемента.

Вариант 10

8. Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандартной энтальпии образования вещества:

1) 30_2{г) = 20_3(г); DН⁰₁ = +284,52 кДж;

2) 0_2{г) + 0_(г) = 0_{3 (г)}; DН°₂ = -106,91 кДж;

3) ³/₂0_2(г) = 0_3(г); DН⁰₃ = +142.26 кДж;

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения:

Nа₂СОз_(к) + SiO_2(к) = Nа₂SiO_3(к) + С0_2(г); DН⁰₁ = +819,29 кДж;

Nа₂0_(к) + SiO_2(к) = Nа₂SiO_3(к); DН°₂ = -243,5 кДж;

Вычислите стандартную энтальпию реакции разложения карбоната натрия на оксид натрия и диоксид углерода: Nа₂СОз_(к) = Nа₂O_(к) + С0_2(г); DН⁰_р-ции = ?

10. По стандартным энтальпиям образования веществ вычислите стандартную

энтальпию реакции: 4NH_3(г) + 5O_2(г) =4NO_(г) + 6H₂O_(г); DH⁰_р-ции = ?

DН°_f (кДж/моль) -45.94 +91,26 -241,81

Вариант 11

8. Стандартная энтальпия образования силиката кальция СаSiO_3(к) равна -1582 кДж/моль. Напишите соответствующее термохимическое уравнение реакции образования силиката кальция.

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Вычислите стандартную энтальпию перехода графита в алмаз:

С_{(графит)} + О_2(г) = СО_2(г); DН⁰₁ = -393,51 кДж;

С_(алмаз) + О_2(г) = СО_2(г); DН°₂ = -395,34 кДж;

10. По стандартным энтальпиям образования веществ вычислите стандартную

энтальпию реакции:

Fе₃O_4(к) + СO_(г) = ЗFеО_(к) + СO_2(г); DН°_р._ции ⁼ ?

DН°_f (кДж/моль) -1117,13 -110,53 -264,85 -393,51

Вариант 12

8. Составьте термохимическое уравнение реакции, тепловой эффект которой соответствует стандартной энтальпии образования ортоалюмината кальция Са_з(АlOз)₂.

9. На основе закона Гесса решите задачу:

Исходя из следующих термохимических уравнений, вычислите стандартную энтальпию образования пентахлорида фосфора РС1_5(г):

Р_(к) + 3/2С1_2(г) = РС1_3(г); DН⁰₁ = -287,02 кДж;

РС1_3(г) + Cl_2(г) = PCl_5(г) DН°₂ = -87,87 кДж;

10.Вычислите стандартную энтальпию образования ортофосфата кальция, ис­пользуя приведенные ниже данные:

ЗСаО_(к)+ Р₂0_5(к) = Са₃(Р0₄)_2(к); DН°_р-ции = -708,35 кДж;

DН°_f (кДж/моль) -635,09 -1507,2 ?