Расчет тепловых эффектов химических реакций методом термохимических уравнений

 

Т ермохимическое уравнение – уравнение, в котором указывается агрегатное состояние веществ и тепловой эффект химической реакции.

Методом алгебраического сложения или вычитания термохимиче- ских уравнений можно определить тепловой эффект требуемой реак- ции, если известны тепловые эффекты других реакций получения этого продукта. Термохимические уравнения можно складывать, вычитать,

умножать на любой коэффициент, то есть выполнять любые алгебраи- ческие действия.

Покажем применение метода термохимических уравнений на при-

мере ряда реакций окисления железа. При окислении железа возможно образование оксида железа (III) по реакции:

3

1) 2 F e (т в) + 2 O 2 (г) = F e 2 O 3 (т в) + D Н r 1;

D Н r 1  = -821 к Дж.

Эта же реакция может осуществляться другим путем с образова- нием промежуточного продукта оксида железа (II):

2) 2 F e (т в) +  O 2 (г) = 2 F e O (т в) + D Н r 2;

1

3) 2 F e O (т в) + 2 O 2 (г) =  F e 2 O 3 (т в) + D Н r 3 ;

D Н r 2  = -527 к Дж  ,

D Н r 3  = -294 к Дж.

Проведем алгебраическое сложение уравнений 2 и 3:

1

2 F e (т в) + O 2 (г) + 2 F e O (т в) + 2 O 2 (г) = 2 F e O (т в) + F e 2 O 3 (т в).

После сокращения одинаковых слагаемых получим:

3

2 F e (т в) + 2 O 2 (г) = F e 2 O 3 (т в),

D H r 1  = D H r   2  + D H r   3  = -527 - 294 = -821 к Д ж.

 

 

П р имер:

Примеры решения задач

Рассчитайте теплоту окисления 1 моль FeS 2, протекающего по ре-

11

акции

2 F e S 2

(т) + 2   O 2 (г) =  F e 2 O 3 (т) + 4 SO 2 (г) + D H x, если известны

тепловые эффекты следующих реакций:

1 .   FeS 2 (т) = F e S (т) + S (р) + 76, 98 к Д ж;

2.  S 2  (г) + 2 O 2 (г) = 2 S O 2 (г) - 722, 17 к Д ж;

3 .    4 F e S (т) + 7 O 2 (г) = 2 Fe 2 O 3 (т) + 4 S O 2 (г) - 2430, 2 к Дж;

4.   2 S(р) = S 2  (г) + 128, 37 к Д ж.

Р ешение:

Для вычисления

 

 

D Н x

 

 

проведем следующие алгебраические дей-

ствия с термохимическими уравнениями: уравнение (1) умножим на 2, прибавим уравнение (2), прибавим уравнение (4) и прибавим уравне- ние (3), деленное на два, получим уравнение (х).

(х) = (1)·2 + (2) + (4) + (3):2

Проверим это:

2                                         2          2             2                   2                        2  2         2  3             2

2 Fe S   - 2 Fe S - 2 S + S   + 2 O   - 2 S O   + 2 S - S   + 2 Fe S + 7   O   - F e O   - 2 S O   =

 

11

= 2 Fe S   2 +

2 O 2  -  F e 2 O 3  - 4 S O 2  = 0

 

Аналогичные алгебраические действия проведем и с тепловыми эффектами:

D H x   = 2 × 76, 98 + ( -722, 17 ) + 128, 37 + ( -2430, 2 ): 2 = -1654, 94 к Дж

 

Рассчитаем теплоту окисления 1 моль FeS 2

1654, 94 кДж

вы д е л я е т с я

при

о к и с л е н и и

2 м о л ь

F e S 2

x,  кДж

 

 

x = - 827, 4 7 кДж

1 м о л ь

F e S 2

Задачи для самостоятельного решения

 

 

Вариант 1.

Вычислите теплоту образования сульфата цинка ZnSO 4 (т), проте- кающего по реакции

Z n (т) + S (p) + 2 O 2 (г) = ZnSO 4 (т) + D H x

если известны тепловые эффекты следующих реакций:

1.    ZnS (т) = Z n (т) + S (р) + 200,5 к Д ж;

2.   ZnS (т) + 3 O 2 (г) = 2 Z n O (т) + 2S O 2 (г) - 893,5 к Д ж;

3.    ZnSO 4 (т) = ZnO (т) + S O 3 (г) + 235 к Дж;

4.   2 SO 2 (г) +  О 2 (г) = 2 S О 3 (г) -198,2 к Дж.

Ответ:

D Н х   = -981,35 к Дж

 

 

Вариант 2.

По приведенным термохимическим уравнениям рассчитайте теп-

лоту образования диборана В 2 Н 6 (г):

1.    B 2 H 6 (г) + 3 О 2 (г) =  В 2 О 3 (т) + 3 Н 2 О (г) - 2035,6 к Дж;

2   2               2   3

2.   2 В (т) + 3   O (г) = В O (т) -1273,5 к Дж;

1

3.    Н 2 (г) + 2 О 2 (г) = Н 2 О (г) - 241,8 к Дж.

Ответ:

D Н х   = 36,7 к Д ж.

 

 

Вариант 3.

Рассчитайте тепловой эффект реакции

3                 2   2                     2                 2                                                        x

C H Cl (г) + 3   O (г) = С O (г) + Н O (ж) + H C l (г) + D H

на основании следующих термохимических уравнений:

1.    СH 4 (г) + C l 2 (г) = C H 3 C l (г) + Н С l (г) -102 к Дж;

2.   СH 4 (г) + 2 O 2 (г) =  CO 2 (г) + 2 Н 2 O (ж) - 890,32 к Д ж;

1                      1

3.

 

4.

 

Ответ:

2 Н   2 (г) + 2 С l 2 (г) =  НCl (г) - 92,31 к Дж;

1

Н 2 (г) + 2 О 2 (г) = Н 2 О (ж) - 285,83 к Дж.

D Н х   = -687,11 к Дж  .

 

 

Вариант 4.

Рассчитайте тепловой эффект реакции

5                                               3

N H 3 (г) + 2 O 2 (г) =  N O (г) + 2 Н 2 O (г) + D H x

если известны следующие данные:

1.   H 2 O (г) =  Н 2 O (ж) - 44 к Д ж;

1                     3

2.   2 N 2 (г) + 2 H 2 (г) =  N Н 3 (г) - 46,2 к Дж;

3.   2 NO (г) = N 2 (г) + O 2 (г) -182,6 к Д ж;

2           2  2                 2

4.    Н   (г) +   1   О (г) = Н О (ж) - 285,83 к Дж.

Ответ:

D Н х   = -225,2 к Дж.

 

 

Вариант 5.

Известны тепловые эффекты следующих реакций:

1.   4 NO (г) + 3 O 2 (г) = N 2 O 5 (г) - 338,44 кДж;

2.   2 NO (г) =  N 2 (г) +  O 2 (г) -182,6 к Д ж.

Вычислите теплоту образования

N 2 O 5 (г) .

Ответ:

D Н х   = -225,2 к Дж.

 

 

Вариант 6.

Вычислите теплоту образования карбида вольфрама WC (т) по

следующим данным:

3

1.   W (т) + 2 O 2 (г) =  W O 3 (т) - 843 к Дж;

2  2                     3                      2

2.   WC (т) + 5   O (г) = W O (т) + C O (г) -1195 к Дж;

3.   С (т) +  О 2 (г) =  С О 2 (г) - 393,5 к Д ж.

Ответ:

D Н х   = -41,5 к Д ж.

 

 

Вариант 7.

По данным термохимическим уравнениям вычислите теплоту об-

разования карбида кальция СаC 2 (т):

1.    CaO (т) + 3 C (г рафит) =  С а С 2 (т) +  С О (г) + 464,8 к Д ж;

2.     2 Са (т) + O 2 (г) = 2 С а O (т) -1270,2 к Д ж;

2  2

3.    С (г рафит) +   1   О (г) =  С О (г) -110,5 к Дж  .

Ответ:

D Н х   = -59,8 к Дж.

 

 

Вариант 8.

Определите теплоту образования диоксида кремния SiO 2 (т) по тепловым эффектам следующих реакций:

1.    SiO 2 (т) + 2 M g (т) = 2 MgO (т) + S i (т) - 292 к Д ж;

2  2

2.    Mg (т) +   1   O (г) =  MgO (т) - 601,24 к Дж  .

Ответ:

D Н х   = -910,48 к Дж  .

Вариант 9.

Рассчитайте теплоту сгорания метана, воспользовавшись следую-

щими данными:

1.    C (г рафит) + 2 H 2 (г) = С Н 4 (г) - 74,85 к Д ж;

2.   С (г рафит) + О 2 (г) = С О 2 (г) - 393,51 к Д ж;

2             2  2                2

3.    Н   (г) +   1   О (г) =  Н О (ж) - 285,83 к Дж.

 

Вычислите теплоту образования

N 2 O 5 (г).

Ответ:

D Н х   = -890,34 к Дж.

 

 

Вариант 10.

Рассчитайте тепловой эффект реакции

1

2 C r (т) + 2 N 2 (г) =  С r 2 N   (т)

по следующим данным:

1.   7 Cr (т) + С 2 N 2 (г) = С r 3 C 2 (т) + 2 С r 2 N (т) - 6618,4 к Дж;

2.   3 Сr (т) + 2 C (г рафит) = С r 3 C 2 (т) - 88 к Дж;

3.   2 C (г рафит) +  N 2 (г) =  С 2 N 2 (г) + 308,4 кДж.

Ответ:

D Н х   = -111 к Дж

 

 

Вариант 11.

Рассчитайте тепловой эффект реакции

7 S i (т) + 2 C 2 N 2 (г) = S i 3 N 4 (т) + 4 S i C (т)

используя следующие термохимические уравнения:

1.  2 C (г рафит) + N 2 (г) = С 2 N 2 (г) + 308,4 кДж;

2.    Si (т) + C (г ра фит) = S i C (т) -113,5 к Д ж;

3.  3 S i (т) + 2 N 2 (г) =  S i 3 N 4 (г) - 750 к Дж.

Ответ:

D Н х   = -1820 к Дж.

 

 

Вариант 12.

Рассчитайте тепловой эффект реакции:

C H 4 (г) +  C l 2 (г) =  С H C l 3 (г) +  H C l (г) + D H x,

используя следующие термохимические уравнения:

1.    СH 4 (г) + 2 O 2 (г) = CO 2 (г) + 2 Н 2 O (ж) - 890,32 к Д ж;

3                 2  2                    2                2

2.    СH Cl (г) + 3   O (г) = C O   (г) + H O (ж) + Н С l (г) - 687 к Дж;

2           2  2                 2

3.    Н (г) +   1   О (г) = Н О (ж) - 285,83 к Дж;

4.   2 Н 2 (г) + 2 С l 2 (г) =  НCl (г) - 92,31 к Дж.

1

 

Ответ:

1

 

D Н х   = -102,11 к Дж.

 

При стандартных условиях протекают следующие термохимиче- ские реакции:

1.    С (т) + O 2 (г) = C O 2 (г) - 405,8 к Д ж;

2  2                   2

2.    СО (г) +   1   О (г) = С О (г) - 284,5 к Дж;

2          2  2                2

3.    Н (г) +   1   О (г) = Н О (г) - 246,8 к Дж

Рассчитайте тепловые эффекты следующих реакций:

1

4.   С (т) + 2 O 2 (г) =  C O (г) + D H   4;

5.    С (т) + 2 H 2 O (г) =  C O 2 (г) + 2 H 2 (г) + D Н 5.

Ответ:

D Н 4  = -121,3 к Дж;

D Н 5  = 87,8 к Д ж.

 

 

Вариант 14.

При стандартных условиях протекают следующие термохимиче-

ские реакции:

1.    С (т) + O 2 (г) = C O 2 (г) - 405,8 к Д ж;

1

2.    СО (г) + 2 О 2 (г) = С О 2 (г) - 284,5 к Дж;

1

3.    Н 2 (г) + 2 О 2 (г) =  Н 2 О (г) - 246,8 к Дж

Рассчитайте при тех же условиях тепловые эффекты следующих реакций:

4.   С (т) + H 2 O (г) = C O (г) + H 2 (г) + D Н 4;

5.    2СС (г) =  C O 2 (г) +  С (т) + D H 5.

Ответ:

D Н 4  = 125,5 к Дж;

D Н 5  = -163,2 к Дж.

 

 

Вариант 15.

Теплота образования этилена С 2 Н 4 (г) составляет 52,3 кДж/моль. Какова теплота сгорания этилена при 1) р=const; 2) V=const, если теп- лоты  образования   СО 2 (г)   и Н 2 О (ж)   соответственно равны –

393,5кДж/моль и –285,8 кДж/моль.

Ответ: –1125 кДж/моль; –1130 кДж/моль.

 

 

Вариант 16.

Рассчитайте теплоту образования жидкого сероуглерода СS 2 (ж)

по следующим данным:

1.   S (м) + O 2 (г) = S O 2 (г) - 296,9 к Д ж;

2.   СS 2 (ж) + 3 О 2 (г) = С О 2 (г) + 2 SO 2 (г) -1109 к Д ж;

3.   С (г рафит) +  О 2 (г) =  С О 2 (г) - 393,5 к Д ж.

Ответ:

D Н = 123,1 к Дж.

 

Вычислите тепловой эффект реакции

С 2 H 4 (г) + Н 2 О (г) = C 2 Н 5 O Н (г)

если теплоты образования этилена, водяного пара и газообразного этанола соответственно равны 52,28; –241,8; –235,3 кДж/моль.

Ответ: –45,78 кДж/моль.

 

 

Вариант 18.

Рассчитайте теплоту образования 1 моль газообразного аммиака на основании следующих данных:

1.   4NH 3 (г) + 3 O 2 (г) = 2 N 2 (г) + 6 Н 2 О (г) -1266,9 к Дж;

2.   2 Н 2 (г) +  О 2 (г) = 2 Н 2 О (г) - 483,7 к Д ж;

Ответ: –46,05 кДж/моль.

 

 

Вариант 19.

Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида же-

леза (II) водородом, пользуясь следующими данными:

1.    FeO (т) + С O (г) = F e (т) + С О 2 (г) -13,18 к Д ж;

1

2.   СО (г) + 2 О 2 (г) = С О 2 (г) - 283 к Дж;

1

2.       Н 2 (г) + 2 О 2 (г) =  Н 2 О (г) - 241,8 к Дж;

Ответ: 28,02 кДж.

 

 

Вариант 20.

Вычислите теплоту образования MgCO 3 (т) из MgO(т) и СО 2 (г),

пользуясь следующими данными:

1.   С (г рафит) + О 2 (г) = С О 2 (г) - 393,5 к Д ж;

2   2

2.    Mg (т) +   1   O (г) = M g O (т) - 601,7 к Дж;

2  2                              3

3.    Mg (т) + С (г рафит) + 3   О (г) = M g C O (т) -1113 к Дж.

Ответ: –117,8 кДж.