В задачах (160–179) определить эквивалентную массу соединения

(первого) в следующих реакциях:

160.	Cr(OH)3 + 2 HCl = CrOHCl2 + 2 H2O
161.	2 Bi(OH)3 + 3 H2SO4 = Bi2(SO4)3 + 6 H2O
162.	2 H3AsO4 + 3 Mg(OH)2 = Mg3(AsO4)2 + 6 H2O
163.	1 Mg(H2PO4)2 + 2 Mg(OH)2 = Mg3(PO4)2 + 4 H2O
164.	KH2PO4 + 2 KOH = K3PO4 + 2 H2O
165.	2 Fe(OH)3 + H2SO4 = [Fe(OH)2]2SO4 + 2 H2O
166.	H3PO4 + Ca(OH)2 = CaHPO4 + 2 H2O
167.	2 H2SeO4 + Mg(OH)2 = Mg(HSeO4)2 + 2 H2O
168.	Be(OH)2 + 2 KOH = K2BeO2 + 2 H2O
169.	NaHSO4 + BaCl2 = BaSO4 + NaCl + HCl
170.	CuOHNO3 + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O
171.	Bi(OH)2NO3 + 2 HNO3 = Bi(NO3)3 + 2 H2O
172.	3 Sn(OH)2 + 2 HNO3 = 3 SnO2 + 2 NO + 4 H2O
173.	2 NaHSO3 + 2 KOH = Na2SO3 + K2SO3 + 2 H2O
174.	Ca(HCO3)2 + Ba(OH)2 = BaCO3¯ + CaCO3 ¯ + 2 H2O
175.	Cu(OH)2 + 2 NaHSO4 = CuSO4 + Na2SO4 + 2 H2O
176.	H3PO4 + K2CO3 = K2HPO4 + CO2 + H2O
177.	Cu2(OH)2CO3 + 2 H2SO4 =2 CuSO4 + CO2 + 3 H2O
178.	2 HNO3 + MgCO3 = Mg(NO3)2 + H2O + CO2
179.	[Zn(OH)]2CO3 + H2SO4 = ZnSO4 + CO2 + 2 H2O

 

В задачах (180–189) вычислить эквивалентную массу металла по

процентному содержанию его в соединениях:

№ задачи	Металл, %	Кислород,%	№ задачи	Металл, %	Хлор, %
180.	52,00	48,00	185.	20,22	79,78
181.	68,42	31,58	186.	62,55	37,45
182.	76,47	23,53	187.	45,49	54,51
183.	84,60	15,40	188.	73,86	26,14
184.	92,82	7,18	189.	84,96	16,04

В задачах (190–195) вычислить эквивалентные массы оксида и металла, если на восстановление определенного количества оксида металла израсходованы следующие объемы водорода (н.у.):

№ задачи	Масса оксида, г	Объем водорода, л	№ задачи	Масса оксида, г	Объем водорода, л
190.	1,80	0,833	193.	3,4	2,24
	7,09	2,24	194.	5,6	1,742
	4,7	0,82	195.	10,0	5,6

 

В задачах (196–204) вычислить эквивалентную массу металла, если определенное количество его присоединяет или вытесняет следующие объемы газов:

№ задачи	Масса, металла,г	Взаимодействие	Объем газа, л	Темпера- тура, К	Давление к×Па
196.	0,5	Вытесняет Н2	0,189		101,325
197.	0,207	Вытесняет Н2	0,274		100,000
198.	1,37	Вытесняет Н2	0,500		101,325
199.	8,34	Присоединяет О2	0,680		101,325
200.	0,5	Присоединяет Сl2	0,33		101,325
201.	1,00	Присоединяет О2	0,512		101,325
202.	1,00	Присоединяет Cl2	0,42		99,3
203.	3,24	Вытесняет Н2	4,03		101,325
204.	0,673	Присоединяет О2	0,310		100,000

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Энергетика химических реакций. Химико-термодинамические

Расчеты

Следствием закона сохранения энергии является положение, экспериментально установленное в 1840 г. Г. И. Гессом (закон Гесса) и лежащее в основе термохимических расчетов.

Тепловой эффект химической реакции (т.е. изменение энтальпии или внутренней энергии системы в результате реакции) зависит только от начального и конечного состояний, участвующих в реакции веществ, и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Из закона Гесса следует, в частности, что термохимические уравнения можно складывать, вычитать и умножать на численные множители. Важное следствие из закона Гесса, применение которого упрощает многие термохимические расчеты, можно сформулировать следующим образом:

«Стандартное изменение энтальпии химической реакции равно сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных веществ».

При каждом суммировании следует учитывать, в соответствии с уравнением реакции, число молей, участвующих в реакции веществ.

Тепловые эффекты химических процессов вызываются тем, что протекание реакции сопровождается разрывом одних химических связей и возникновением других. Разность энергий образующихся связей и тех, которые претерпели разрыв, и проявляется в виде результирующего теплового эффекта химического процесса.

Химические реакции, сопровождающиеся выделением тепла, называются экзотермическими, а идущие с поглощением тепла – эндотермическими.

Уравнения химических реакций в сочетании с указанием их тепловых эффектов называются термохимическими уравнениями.

Тепловой эффект реакции зависит от агрегатного состояния веществ, которое указывается в уравнении в скобках рядом с соответствующими символами или формулами – твердое (т), кристаллическое (к), растворенное (р), жидкое (ж), парообразное (п) и газообразное (г).

Тепловой эффект реакции принято относить к стандартным условиям (t =25 ^оС и Р = 1 атм) и обозначать символом Δ Н^о₂₉₈.

Значения теплот образования ΔН^о₂₉₈ большого числа соединений приведены в табл. 3 приложения, при этом значения теплот образования простых веществ, взятых в стандартных условиях, например водорода, хлора, графита и т.д., условно принимаются равными нулю.

 

 

Примеры составления условий задач и их решения

Задача 240

Вычислить тепловой эффект реакции при 298 К: 1) при Р = const;

2) при J = const

2 Mg (к) + CO₂ (г) = 2 MgO (к) + С (графит).

Тепловой эффект образования веществ при стандартных условиях найти по данным табл. 3 приложения.

Решение:

Находим стандартные энтальпии образования СО₂ и MgO, которые равны соответственно -393,5 и -601,8 кДж/моль (напомним, что стандартные энтальпии образования простых веществ равны нулю). Тепловой эффект данной химической реакции рассчитываем по формуле:

DН^о₂₉₈ = кДж/моль.

По известному значению теплового эффекта реакции DН при постоянном давлении можно рассчитать тепловой эффект реакции DU при постоянном объеме: DU^о₂₉₈ = DH^o₂₉₈ - DnRT, где Dn – изменение числа молей газообразных продуктов реакции и исходных веществ (Dn = Sn прод. - Sn исх.вещ.).

Dn = -1. Значение R = 8,314 Дж/моль К. Т = 298 К.

DU^о₂₉₈ = -810,1 – (-1) кДж/моль.

 

Задача 244

Определить стандартную энтальпию образования (DН^о₂₉₈ обр.) РН₃, исходя из уравнения

2 РН₃ (г) + 4 O₂ (г) ® Р₂О₅ (к) + 3 Н₂О (ж) : DН^о = -2360,4 кДж.

Решение:

Согласно закону Гесса DН^о_х.р.= ).

Отсюда .

В таблице приложения находим стандартные энтальпии образования Н₂О (ж) и Р₂О₅ (к):

кДж/моль; = –1492,0 кДж/моль, учитывая, что = –2984,0 кДж/моль.

Находим :

 

= кДж/моль.

 

Задача 264

Вычислить, сколько моль СН₃ОН (н.у.) нужно сжечь, чтобы выделилось 2500 кДж тепла, исходя из уравнения:

СН₂ОН (ж) + 3/2 О₂ (г) ® СО₂ (г) + 2 Н₂О (ж).

Решение:

Решение данной задачи осуществляется по плану решения предыдущей задачи:

.

СН₃ОН (ж) + 3/2 О₂ (г) ® СО₂ (г) + 2 Н₂О (ж) + 726,78 кДж.

При сжигании 1 моль СН₃ОН выделяется 726,78 кДж тепла, а при сжигании Х моль СН₃ОН выделится 2500 кДж тепла:

Х = моль.

Для получения 2 500 кДж тепла необходимо сжечь 3,4 моль метилового спирта.

Задача 268

Используя термодинамические величины веществ, вычислить для реакции

Mg₃N₂ (к) + 6 H₂O (ж) « 3 Mg(OH)₂ (к) + 2 NH₃ (г)

изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса. Определить, в каком направлении возможно протекание реакции?

Решение:

Для расчета DG^o₂₉₈ воспользуемся уравнением

DG^о_х.р. = DН^о_х.р. – Т DS^о_х.р. .

Находим DН^о реакции:

;

DН^о_х.р.=[2 (-46,19) + 3 (-924,66)] – [461,1 + 6(-285,840] = -690,22 кДж/моль.

Аналогично вычисляем:

DS^o_x.p. =( ;

DS^o_x.p =(2×192,5 + 3,63,14) – (87,9 + 6×69,96) = 66,76 Дж/моль∙К.

Теперь находим DG^o химической реакции, используя в качестве единой энергетической единицы килоджоуль:

DG^o_x.p. = DH^o_x.p. – T DS^o_x.p.= кДж/моль.

Таким образом, DG^o_x.p. < 0, так что данная реакция термодинамически возможна (протекает слева направо).

Задача 280

Рассчитать приблизительно температуру, при которой устанавливается равновесие в системе

SiCl_{4 (г)} + 2 H_{2 (г)} « Si _(к) + 4 HCl _(г).

Решение: Находим DН^o реакции:

;

DН^o_x.p.= 4 (-92,4) – (-664,8) = 295,2 кДж/моль.

Аналогично вычисляем DS^o реакции:

DS^o_x.p.= (4S^o₂₉₈HCl _(г) + S^o₂₉₈Si_(к)) – ( )

DS^o_x.p.= (4×186,9 + 18,72) – (252,6 + 2×130,6) = 252,92 Дж/моль∙К.

В момент равновесия DG^o_x.p.= 0, тогда DН^o_x.p.= Т DS^o_x.p.

Откуда Т = = 1166,79 К.

 

В задачах (205–214) составить термохимическое уравнение. Термодинамические данные взять из табл. 3 прилож.

 

205. При соединении 4,2г железа с серой выделилась теплота, соответствующая

7,15 кДж.

206. При сжигании 6,5 г цинка выделилась теплота, соответствующая 34,8 кДж.

207. При соединении 18 г алюминия с кислородом выделяется 547 кДж теплоты.

208. Путем сжигания серы получено 32 г оксида серы (IV) и выделилась теплота,

соответствующая 146,4 кДж.

209. При сжигании 6,08 магния выделилась теплота, соответствующая 152,5 кДж.

210. При разложении 1 кг известняка затрачивается 1 568,6 кДж.

211. При сгорании 31 г фосфора выделилась теплота, соответствующая

753,14 кДж.

212. При растворении 200 г оксида меди в соляной кислоте выделилась теплота,

соответствующая 159,15 кДж.

213. При разложении 500 г гидроксида кальция затрачивается 742,04 кДж.

214. При сгорании 50 г окcида серы (IV) выделилась теплота, соответствующая

76,72 кДж.

 

В задачах (215–240) вычислить тепловой эффект реакции при 298 К:

1) при Р = const ; 2) при V = const. Тепловой эффект образования веществ при стандартных условиях найти в табл. 3 прил.

№	Реакции	№	Реакции
215.	2 H2 + CO « CH3OH (ж)	228.	SO2 + Cl2 « SO2Cl2 (г)
216.	4 HCl + O2 « 2 H2O + 2 Cl2	229.	CO + 3 H2 « CH4 + H2O (ж)
217.	NH4Cl (тв) « NH3 + HCl	230.	2 CO + SO2 « S (ромб) + 2 CO2
218.	2 N2 + 6 H2O (ж) « 4 NH3 + 3 O2	231.	CO + Cl2 « COCl2 (г)
219.	4 NO + 6 H2O(ж) « 4 NH3 + 5 O2	232.	CO2 + H2 « CO + H2O (ж)
220.	2 NO2 « 2 NO + O2	233.	СО2 + 4 Н2 « СН4+2 Н2О (ж)
221.	N2O4 « 2 NO2	234.	2 СО2 « 2 СО + О2
222.	Mg(OH)2 « MgO + H2O (г)	235.	СН4 + СО2 « 2 СО + 2 Н2
223.	CaCO3 « CaO + CO2	236.	С2Н6 « С2Н4 + Н2
224.	Ca(OH)2 « CaO + H2O (г)	237.	С2Н5ОН(ж) « С2Н4 + Н2О (ж)
225.	S (ромб) + 2 H2O(ж) « SO2+2 H2	238.	СН3СНО (г) + Н2 « С2Н5ОН (ж)
226.	S (ромб) + 2 CO2 « SO2+2 CO	239.	С6Н6(ж) + 3 Н2 « С6Н12 (ж)
227.	2 SO2 + O2 « 2 SO3 (г)	240.	2 Mg + CO2 (г) « 2 MgO+C (граф.)

 

 

В задачах (241–250) определить стандартную энтальпию образования веществ, подчеркнутых в уравнениях реакций. Термодинамические данные взять из табл. 3 прил.

№	Уравнение реакции	D Н реакции, кДж
241.	MgCO3 (к) ® MgO (к) + CO2 (г)	+ 101,7
242.	CS2 (ж) + 3 О2 (г) ® СО2 (г) + 2 SO2 (г)	- 1075,0
243.	3 СаО (к) + Р2О5 (к) ® Са3(РО4)2 (к)	- 739,0
244.	2 РH3 (г) + 4 О2 (г)® Р2О5 (к) + 3 Н2О (ж)	-2360,4
245.	СН3ОН(ж) + 3/2 О2 (г) ® СО2 (г) + 2 Н2О (ж)	- 726,78
246.	SO2 (г) + 2 H2S (г)® 3 S (к) + 2 H2O (ж)	- 234,5
247.	Na2CO3 (к) + SiO2(к) ® Na2SiO3(к)+ CO2 (г)	+ 819,3
248.	CaO (к) + 3 С (к) ® СаС2 (к) + СО (г)	+ 466,0
249.	Hg(ONC)2 (к) ® Hg (г) + 2 CO (г) N2(г)	+ 364,2
	Na2O (к) + SiO2 (к) ® Na2SiO3 (к)	- 243,5

 

 

В задачах (251–257) вычислить, сколько тепла выделится при полном сгорании 1 м³ газообразного вещества до SO_{2 (г)}, Н₂О _(ж), СО_{2 (г)}, В₂О_{3 (к)}, As₂О_{3 (к)}