Тема : основные законы термодинамики

 

1-5. Для вещества, указанного ниже при соответствующем номере задачи, вычислить стандартную энтальпию образования при 298 К (D _fН °₂₉₈), зная его стандартную энтальпию сгорания (D_C Н °), а так же вычислить стандартную энтальпию образования при 398 К, используя полученную величину D _fН °₂₉₈ и изобарные теплоёмкости С_Р (смотри D_C Н ° в таблице 6.3 и С_Р в таблицах 6.3 и 6.4 приложения 6). Продукты сгорания CO₂ (г), H₂O (ж), N₂ (г).

1. анилин С₆Н₇N (ж); 2. мочевина CH₄ON₂ (т); 3. ацетилен C₂H₂ (г); 4. нафталин C₁₀H₈ (т); 5. метан СН₄ (г)

6-9. С помощью стандартных энтальпий образования и изобарных теплоёмкостей в табл. 6.4 (приложение 6) вычислить стандартную энтальпию при 298 К и 398 К реакции, указанной в таблице ниже. Определить так же, насколько отличается стандартная внутренняя энергия D U ° этой реакции от D Н °.

 

Задача	Реакция
	2Н2 (г) + СО (г) = CН3ОН (г)
	2СO2 (г) = 2СO (г) + O2 (г)
	С2Н6 (г) = С2Н4 (г) + Н2 (г)
	C(т) + H2O (г) = CO (г) + H2 (г)

10. С помощью стандартных теплот сгорания (табл. 6.3 приложение 6) вычислить тепловой эффект при 298 К реакции разложения глюкозы C₆H₁₂O₆ (т) = 2C₂H₅OH (ж) + 2CO₂ (г) при постоянном давлении (D H) и постоянном объёме (D U).

11. Не прибегая к справочным данным, вычислить разницу между энтальпией D H и внутренней энергией D U реакции гидрогенизации СН₃СНО (т) + Н₂ (г) = С₂Н₅OН (ж) при 298 К. Сделайте аналогичное вычисление для реакции СН₃СНО (т) + Н₂ (г) = С₂Н₅OН (г) при 400 К.

12. Определить энтальпию реакции CH₄ (г) + Cl₂ (г) = CH₃Cl (г) + HCl (г), зная энтальпии следующих реакций:

CH₃Cl (г) + 3/2O₂ (г) = CO₂ (г) + H₂O(ж) + HCl (г) D H ° = – 687.0 кДж/моль

H₂ (г) + 1/2O₂ (г) = H₂O (ж) D H ° = – 286 кДж/моль

1/2H₂ (г) + 1/2Cl₂ (г) = HCl (г) D H ° = – 92.5 кДж/моль

СН₄(г) + 2О₂(г) = СО₂(г) + 2Н₂О(ж) D H ° = 890.8 кДж/моль

13. Определить энтальпию реакции Fe (т) + Cl₂ (г) = FeCl₂ (т), зная энтальпии следующих реакций:

Fe (т) + 2HCl (aq) = FeCl₂(aq) + H₂ (г) D H ° = – 88.0 кДж/моль

FeCl₂ (т) = FeCl₂ (aq) D H ° = – 81.7 кДж/моль

HCl (г) = HCl (aq) D H ° = – 73.3 кДж/моль

H₂ (г) + Cl₂ (г) = 2HCl (г) D H ° = – 184.4 кДж/моль

14. Стандартная энтальпия образования NH₃ (г) при 298 К равна 45.94 кДж/моль. Вычислить стандартную энтальпию образования NH₃ (г) при 598 К, зная следующие данные о теплоёмкостях (Дж моль^–1 К^–1):

NH₃ (г): C_P = 26.14 + 33.0·10^–3 T – 3.043·10^–6 T ²

N₂ (г): C_P = 26.98 + 5.91·10^–3 T – 0.338·10^–6 T ²

H₂ (г): C_P = 29.07 – 0.836·10^–3 T + 2.011·10^–6 T ²

15. На основании средних энтальпий связей (таблица 6.5 приложения 6) оцените энтальпию изомеризации этилового спирта в диметиловый эфир СН₃СН₂OН (г) = СН₃ОСН₃ (г).

16. Вычислить энтальпию реакции С₂Н₄ (г) + Н₂O (г) = С₂Н₅ОН (г) двумя способами: 1) с помощью энтальпий связей (табл. 6.5 приложение 6) и 2) стандартных энтальпий образования (табл. 6.4 приложение 6). На сколько результаты вычислений различаются?

17-24. С помощью стандартных энтальпий образования и стандартных энтропий при 25 °С (табл. 6.4, приложение 6) вычислить стандартные величины энтальпии, внутренней энергии, энергии Гиббса и энергии Гельмгольца реакции, указанной в таблице ниже, при той же температуре. Определить, в каком направлении пойдёт реакция, в прямом или обратном.

 

Задача	Реакция	Задача	Реакция
	2Н2 (г) + СО (г) = СН3ОН (г)		4НСl (г) + O2 (г) = 2Н2О (ж) + 2Сl2 (г)
	SO2 (г) + Cl2 (г) = SO2Cl2 (г)		CO2 (г) + 4H2 (г) = CH4 (г) + 2H2O (г)
	C2H6 (г) = С2Н4 (г) + Н2 (г)		CH4 (г) + CO2 (г) = 2CO (г) + 2H2 (г)
	2SO2 (г) + O2 (г) = 2SO3 (г)		CO (г) + 3H2 (г) = CH4 (г) + H2O (г)

 

25-28. Зная стандартные энергии Гиббса образования веществ при 25 °С (табл. 6.6, приложение 6) вычислить энергию Гиббса и энергию Гельмгольца реакции, указанной в следующей таблице. Определить, в каком направлении пойдёт реакция, в прямом или обратном.

 

Задача	Реакция
	2НСl(г) = Н2 (г) + Сl2 (г)
	2СO2 (г) = 2СО (г) + O2 (г)
	MgCO3 (т) = MgO (т) + CO2 (г)
	Fе3O4 (т) + 4Н2(г) = ЗFе(т) + 4Н2O (г)

 

29. Вычислить энтропию смешения при постоянной температуре 1 моля газа О₂ и 2 молей газа N₂, находящихся в отдельных сосудах, первоначально разделённых перегородкой. Объём сосуда с О₂ 1 л, объём сосуда с N₂ 2 л.

30. Вычислить изменение энтропии при нагревании 5.29 г азота N₂ от 0 до 120 °С при постоянном объёме, рассматривая азот как идеальный газ с теплоёмкостью С_V = 7 R /2.

31. Вычислить энтропию испарения 0.811 молей муравьиной кислоты, если её температура кипения 100.7 °С, а теплота испарения 46.1 кДж/моль.

32. Определить изменение энтальпии, внутренней энергии и энтропии при переходе 1.00 кг жидкой воды, взятой при p ₁ = 1.0133×10⁵ Па и T ₁ = 298 К, в пар при p ₂ = 0.3123×10⁵ Па и нормальной температуре кипения 373 К, зная среднюю изобарную теплоёмкость жидкой воды 75.4 Дж/(моль×К) и теплоту испарения 40.67 кДж/моль при 373 К. Примите, что пар имеет свойства идеального газа.

33. 20.6 кг азота N₂ и 32.0 кг кислорода О₂ в газообразном состоянии находятся первоначально в двух отдельных сосудах с равными объёмами. Найти энтропию изотермического смешения этих газов при соединении сосудов.