Критерии направления самопроизвольного

 ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ   

    Все самопроизвольные процессы всегда сопровождаются понижением энергии системы. 

    Таким образом, направление и предел самопроизвольного протекания процесса в любых системах определяет более общий принцип – принцип минимума свободной энергии.

              Для характеристики процессов, протекающих в закрытых системах, были введены новые термодинамические функции состояния: Cвободная энергия Гиббса

∆ G = ∆ H - T∆ S              (Р, Т = const)                        (16)

 Cвободная энергия Гельмгольца

∆ F = ∆ U - T∆ S               (V,T = const)                           (17)

   Энергии Гиббса иГельмгольца измеряются в единицахкДж/моль.

   Свободная энергия это как раз та часть энергии, которая может быть превращена в работу (см. ур.10). Она равна максимальной работе, которую может совершить система ∆ G = - А_мак.

   Таким образом, 1) самопроизвольно могут протекать только те процессы, которые приводят к понижению свободной энергии системы; 2) система приходит в состояние равновесия, когда свободная энергия становится равной нулю.   

Расчет изменений функции Гиббса (Гельмгольца), или свободной энергии, дает возможность сделать обоснованные выводы о способности химических реакций к самопроизвольному протеканию процесса в данных условиях.

    Протекание самопроизвольного процесса в термодинамической системе сопровождается уменьшением свободной энергии системы (DG < 0; DF < 0).

 Энергетические диаграммы термодинамически запрещенных, равновесных и самопроизвольных химических процессов, представленны на рис.5.

 

18

G, кДж/моль  

                                                                         Прод.    ∆G > 0

                                                                          термодинамически

                                                                                   запрещена

                                                                          Прод.                  

                             Исх.                                       равновесие ∆G = 0

                                                                          Прод.     

                                                                                       ∆G < 0

                                                       самопроизвольный процесс                           

                                                                                       

                                                        координата реакции Х                                                                      

 

Рис. 5. Энергетические диаграммы термодинамически запрещенных, равновесных и самопроизвольных химических процессов

  Условиями термодинамического равновесия в закрытой системе при различных условиях ведения процесса являются:

Изобарно-изотермические (P = const, T = const): ΔG = 0

Изохорно-изотермические (V = const, T = const): ΔF = 0

Таким образом, единственным критерием самопроизвольности химических процессов служит величина изменения свободной энергии Гиббса (или Гельмгольца), которая определяется двумя факторами: энтальпийным и энтропийным

                                   ∆G = ∆H - T∆S

                                      ΔF = ∆ U  -  T∆ S           

        Для определения, какой из факторов энтальпийный или энтропийный являются определяющими, производят сравнение:    

÷ ∆H ÷ > ÷ T∆S÷ –  определяющим является энтальпийный фактор

÷ ∆H ÷ < ÷ T∆S÷ - определяющим является энтропийный фактор

   В химии наиболее часто используется энергия Гиббса, поскольку большинство химических и биологических процессов протекают в открытых (Р = Р_атм) или закрытых сосудах (Р ¹ Р_атм) при постоянном давлении и поэтому в дальнейшем, чтобы не повторяться в отношении величины ΔF, мы будем оперировать величиной ∆G.

19

    Для химических процессов типа аА + вВ = сС + дД величину ΔG_хр можно рассчитать, зная значения ΔH_хр и ΔS_хр соответствующих температуре протекания процесса, а для стандартных условий и по значениям ΔH⁰_хр  и DS⁰_хр :

 

                                        ∆G⁰_хр = ΔH⁰_хр - TDS⁰_хр       (17)

 

   Можно воспользоваться и таблицами стандартных термодинамических функций образования веществ ΔG°_обр. В этом случае ΔG° реакции рассчитывается аналогично ΔН°_хр  по уравнению:

 

            ∆G⁰_хр = [с ∆G⁰ (С) + д ∆G⁰ (Д)] – [а ∆G⁰ (А) + в ∆G⁰ (В)]       

 

  Таким образом, чтобы определить, возможен или нет химический процесс в данных условиях, необходимо определить, каким будет знак изменений энергий Гиббса или Гельмгольца.

  Часто требуется определить температуру, называемую температурой инверсии, выше или ниже которой реакция меняет свое направление на обратное. Температура инверсии определяется из условия равновесия реакции ∆G_хр = 0:

 

                                        ∆G_хр = ΔH_хр - TDS_хр = 0    (18)

или

                                                  Т_инв = ΔH_хр / DS_хр      (19)

  

 

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 1.

Рассмотрим равновесную реакцию:   Si _к + SiO_{2 к} = SiO_к и определим, какой из оксидов будет устойчив при температуре 100 ^оС.

Решение.

Для этого рассчитаем величину DG этой реакции. Воспользуемся табличными данными

 

 

20

                                          Si SiO₂      SiO

∆ H⁰,кДж/моль          0 -912 -438

  S⁰,Дж/мольК           19 42     27

 

∆Н⁰_хр = [2.(-438) –[-912+0]= +36 кДж/м = 36000 Дж/моль

∆ S⁰_хр = [2.(27) –[42+19] = -7 Дж/моль.К

∆ G_хр = ∆H⁰_хр - T∆S⁰_хр =36 - 373×(-7)×10^-3 = 38,6 кДж/моль

               

  Видно, что величина ∆G положительна и при 373 К реакция в прямом направлении протекать не может.

  Для того, чтобы узнать возможен ли в принципе переход SiO₂  в SiO при каких – либо других температурах, надо рассчитать температуру инверсии, при которой система находится в состоянии термодинамического равновесия, т.е. в условиях, когда ∆ G = 0

           Т_инв =  ∆ H_хр /∆ S_хр = 36/(-7.10^-3)= -5143 К

    Такой отрицательной температуры не существует и, следовательно, ни при каких условиях переход двуокиси кремния в окись кремния невозможен.

 

Задача 2.

  Рассчитать тепловой эффект реакции при получении 1 кг железа по уравнению

Fe₃O₄(к) + 4H₂(г) = 3Fe(к) + 4H₂O(г)

 

∆Н°, кДж/моль             -1118      0      0      -241,8

 Энтальпии образования простых веществ H_2(г) и Fe_(к) равны нулю.

Решение.

      В соответствии со следствием из закона Гесса изменение энтальпии процесса равно:

∆Н° = 4∆Н° (Н₂О) – ∆Н° (Fe₃O₄) = 4(-241,8) – (-1118) = 150,8 кДж

      Изменение энтальпии реакции в данном случае рассчитано на 3 моль  железа,  т.е. на  3 ∙ 56 г = 168 г.

   Изменение энтальпии при получении 1кг железа определяется из соотношения:

 

21

168г Fe    -     150,8 кДж

                                  1000г Fe -  ∆Н кДж

Отсюда ∆Н = 897 кДж

Задача 3

     Определить верхний предел температуры при которой может протекать процесс образования пероксида бария по реакции

2BaO(к) + O₂(г) = 2BaO₂(к)

Решение.

  Изменение энтальпии и энтропии реакции образования пероксида бария имеют следующие значения:

∆Н° = 2∆Н°_ВаО2 - (2∆Н°_ВаО + ∆Н°_О2)

∆Н° = -634,7∙2 - (-553,9∙2 + 0) = -161,6 кДж

∆S° = 2S°_ВаО2 – (2S°_ВаО + S°_О2)

∆S° = 77,5∙2 – (70,5∙2 + 206) = -191 Дж/К = - 0,191 кДж/К

Свободная энергия этого процесса выразится уравнением

∆G° = -161,6 + 0,191×Т

При стандартных условиях ∆G° = -161,6 + 0,191× 298 = -104,68 кДж. Реакция при стандартных условиях протекать может.

Температуру инверсии можно найти из соотношения ∆G° = 0. Отсюда следует:

∆G° = -161,6 + 0,191Т = 0

Отсюда Т = - 161,6/- 0,191 = 846,07 К

  Выше температуры 846,07 К,  процесс образования BaO₂ может быть реализован.

 

Задача 4.

 Вычислить изменение энтропии при испарении 250 г воды при 25 °С, если мольная теплота испарения воды при этой температуре равна 44,08 кДж/моль.

РЕШЕНИЕ. При испарении энтропия вещества возрастает на величину

∆S_исп= DН/Т

  250 г воды составляют 250 г/18 г = 13,88 моль. Отсюда теплота испарения воды равна: 13,88 ∙ 44,08 = 611,83 кДж.

 

 

22

   Изменение энтропии при испарении 250 г воды при                        Т = 25 + 273 = 298 К:

∆S_исп= 611,83/298 = 2,05 кДж

 

 

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Пользуясь табличными данными, рассчитать ∆Н°₂₉₈ реакции

СО_(г) + Н₂О_(г)  = СО_2(г)  + Н_2(г)

Определить: а) ∆U°₂₉₈ реакции; б) сколько граммов и сколько литров СО вступило в реакцию, если выделилось 14,66 кДж тепла (н.у.)?

2. Пользуясь табличными данными, рассчитать ∆Н°₂₉₈ реакции

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2H₂О_(ж)

Определить; а) ∆U°₂₉₈ реакции;   б) сколько тепла выделится при сжигании 56 л метана (н.у)?

З. Для реакции СО_(Г) + С1_2(г) = COС1_2(г). пользуясь табличными данными, рассчитать ∆Н°₂₉₈ реакции. Вычислить: а) ∆U°₂₉₈ реакции; б) сколько литров СО вступило в реакцию, если выделилось 338,13 кДж тепла (н.у.)?

4. Пользуясь табличными данными, рассчитать ∆Н°₂₉₈ реакции:

2НС1_(Г} + Са_(тв), = СаС1_2(тв) + H_2(г).

Рассчитать ∆U°₂₉₈ реакции и сколько литров HCI (при н.у.) вступило в реакцию, если в результате выделилось 419 кДж тепла.

5. ∆Н°₂₉₈ сгорания метана СН₄ равно - 891,6 кДж/моль. Вычислить: а) сколько тепла выделится при сгорании 1г метана; б) сколько тепла выделится при сгорании 5л метана (н.у.)?

6. Для реакции 2Сu_(тв) + 1/2О_2(Г) = Сu₂О_(тв) ∆Н°₂₉₈  которой составляет -167,6 кДж, рассчитать: а)сколько литров кислорода вступило в реакцию, если выделилось 335,2 кДж тепла? б) ∆U°₂₉₈ реакции.

7. ∆Н°₂₉₈ реакцииCd_(тв) + 1/2О_2(Г) = CdО_(тв) составляет -256,43 кДж.
Определить: а) ∆U°₂₉₈ реакции; б) сколько молей Cd необходимо взять, чтобы выделилось 628 кДж тепла?

8. ∆Н°₂₉₈ реакции 2Вi_(тв) + 3/2О_(г) ⁼ Вi₂Оз_(тв) составляет -578_;22 кДж.
Определить: а) сколько тепла выделится при образовании 0,5 молей Вi₂Оз?

9. По табличными значениями ∆Н°₂₉₈ образования реагентов, рассчитать ∆Н°₂₉₈ сгорания метана СН₄и ацетилена С₂H₂, если сгорание идет до СО_2(Г) и H₂О(_Ж). Определить, какой газ обладает большей теплотворной способностью (кДж/кг).

23

10. Сожжены равные массы водорода, фосфора, графита и магния. В каком случае выделится больше тепла? (Данные взять из табл. № 1 Приложения).

11. Сожжены равные объемы водорода Н₂ и ацетилена С₂H₂(газ). При каком процессе выделится больше тепла и во сколько раз, если в результате реакции образуется Н₂О(_Ж)? (Данные взять из табл. 1 Приложения).

12. Алюмотермическое восстановление моноксида никеля описывается уравнением

3NiO_(тв)+2Al_(тв)= Al₂O_3(тв)+3Ni_(тв)

Пользуясь значениями (∆Н°₂₉₈)обр. реагентов, рассчитать (∆Н°₂₉₈)_хр. Определить:

а) (∆Н°₂₉₈)_хр в кДж на 1 моль Ni; б) (∆Н°₂₉₈)_хр в кДж на 1 кг Ni;

13. Пользуясь табличными значениями, определить (∆Н°₂₉₈)х_Р:

С₂H_4(г)+ЗО_2(г)⁼ 2СО_2(г)+ 2Н₂О_(ж). Какое количество тепла выделится, если в

реакцию вступило: а) 14г этилена; б) 112л этилена при н.у.

14. Пользуясь табличными данными, вычислить, сколько тепла поглотится при образовании 100 кг СаС₂ по реакции         СаО_(тв)+ ЗС_{(графит)}= СаС_2(тв)+ СО_(г).

15. Энтальпия образования хлористого водорода составляет -92,5 кДж/моль. Сколько тепла выделится при соединении 1л (н.у.) водорода с хлором?

16. Сколько тепла выделится при сгорании 38 г сероуглерода по реакции CS_2(r)+ ЗО_2г= СО_2(r) + 2SO_2(r)?

17. Разложение гремучей ртути протекает по уравнению

Hg(CNO)_2(тв)= Hg _(ж) +2СО_(г)+N_2(г), если (∆Н°₂₉₈)_хр = -364 кДж. Определить объем выделившихся газов и количество тепла при взрыве 1 кг Hg(CNO) ₂ при н.у.

18. Сколько тепла выделится при взрыве 8,4 л гремучего газа (смесь О₂ и Н₂в объемном соотношении 1: 2 при н.у., если в результате реакции образуется Н₂О_(ж)?

19. Сколько тепла выделится при образовании 1 кг кремния по реакции

SiO₂ + 2Mg _(тв) = 2MgO_(тв)+ Si_(тв);если (∆Н°₂₉₈)хр = -292,04 кДж.

20. Сколъко тепла выделится при взаимодействии 1л (н.у.) водорода с фтором, если образование 1 г HF сопровождается выделением 13,45 кДж тепла?

21. Рассчитать количество тепла., выделившегося в реакции, если в нее вступил 1 кг магния 3Mg_(тв)+ Fe₂O_3(тв) = 3MgO_(тв)+ 2 Fe_(тв)

22. Сколько тепла выделится при восстановлении 8г СuО водородом   с образованием Н₂О_(r)?

 

 

24

23. Сколько тепла выделится при сгорании 112л (н.у.) водяного газа, состоящего из равных объемов водорода и оксида углерода(II), если в результате реакции образуется оксид углерода(IV) и водяной пар?

24. Вычислить количество тепла, выделившегося при взаимодействии 10л аммиака с хлористым водородом при н.у.

25. Определить ∆Н°₂₉₈ образования РН₃ по реакции

2PH_3(r) + 4O_2(r) = P₂O_5(r) + ЗН₂О_(r),  если (∆Н°₂₉₈)х_Р =-2829,74 кДж.

26. Вычислить ∆Н°₂₉₈ образования диоксида кремния, если для реакции SiO_2(TB) + 2Мg_(TB) = 2МgO_(TB) + Si_(TB), если (∆Н°₂₉₈)_хр =  - 292,04 кДж.

27. Реакция горения метилового спирта протекает по уравнению

СНзОН _(ж) + 3/2О_{2 (Г)} = С O_2(Г) + 2Н₂О_(Ж), при этом сгорание 1 моля спирта сопровождается выделением 727,4 кДж тепла. Рассчитать энтальпию образования СН₃ОН_(Ж) по энтальпиям образования СО_2(Г) и Н₂О_(Ж)?

28. При сгорании некоторого количества н-бутана С₄Н_10(Г) выделилось 12,44 кДж тепла. Сколько н-бутана сгорело: а) граммов; 5) литров, если ∆Н°₂₉₈  сгорания этого вещества =-2882,43 кДж/моль?

29. При восстановлении 80г Fe₂Оз_(TB) алюминием выделилось 427,38 кДж тепла. Вычислить ∆Н°₂₉₈ образования Fe₂O_{3 (тв)}. Необходимые данные взять из таблицы 1.

З0. Для определения ∆Н°₂₉₈ образования Zn О в калориметрической бомбе было сожжено 3,25 г металлического цинка, при этом выделилось 17,47 кДж тепла. Вычислить ∆Н°₂₉₈ реакции окисления цинка кислородом.

31. При сгорании 3,6 г магния выделилось 90,5 кДж тепла. Рассчитать ∆Н°₂₉₈  образования MgO.

32. При сгорании 11 г пропана С₃Н₈ выделилось 556 кДж тепла. Рассчитать энтальпии образования.

ЗЗ. Реакция окисления аммиака в некоторых условиях протекает по уравнению

4NH_3(Г)  + ЗО_2(Г) =2N_2(r) + 6Н₂О_(ж)

Образование 4,48 л азота при ну. сопровождается выделением 153,3 кДж тепла. Рассчитать ∆Н°₂₉₈ химической реакции. Сколько тепла выделится при окислении 1 г аммиака?

34. Образование 1 г FeO_(TB) сопровождается выделением 3,71 кДж тепла. Сколько тепла выделится при окислении кислородом I моль Fe_(TB)?

35. Вычислить ∆Н°₂₉₈ следующего перехода: Н₂О_(Ж) = Н₂О_(Г) на основании данных для следующих реакций:

 

25

 

Н_2г) + 1/2 О_2(г) = Н₂О_(Г), ∆Н°₂₉₈ = -242,2 кДж,

Н₂О_(Ж)= 1/2 О_2(г) + Н_2(Г), ∆Н°₂₉₈ = +286,2 кДж.

 

З6. Определить ∆Н°₂₉₈ перехода ромбической серы в моноклиническую, если энтальпия сгорания ромбической серы составляет - 297,96 кДж/моль, а энтальпия сгорания моноклинической серы равна - 300,53 кДж/моль.

37. ∆Н°₂₉₈ образования НI из кристаллического I₂и газообразного Н₂ составляет 26 кДж/моль, а ∆Н°₂₉₈ образования НI из газообразных I₂ и Н₂равна - 5,2 кДж/моль. Вычислить ∆Н°₂₉₈ перехода I_{2 (тв)} = I_{2 (г)}.

38. Рассчитать ∆Н°₂₉₈ реакции 2 P_(белый)+ 5С1_2(Г) =2PС1₅, если известно:
                               2 P_(белый) + ЗС1_2(г) =2РС1_3(г), ∆Н°₂₉₈=-558,95кДж,
                               РС1_3(г) + С1_2(г) = РС1_5(г), ∆Н°₂₉₈ = -90,50 кДж.

Изменится ли ∆Н°₂₉₈ реакции, если промежуточным продуктом будет РС1_3(тв)?

39. Найти тепловой эффект реакции превращения 1 моля кислорода в озон, если 3As₂O_3(тв) + ЗО_2(г) = 3 As₂O_5(tb),  ∆Н°₂₉₈ = -783,1 кДж,

3As₂O_3(тв) + 2Оз(_Г) = 3 As₂O_5(TB),  ∆Н°₂₉₈=-1068,0 кДж.

40. Определить расход тепла при разложении 1 кг Na₂СO_3(tb) с образованием Na₂O_(tb)  и СО_2(г), если известно, что:

Na₂СО_3(tв)+SiO_2(tb)=Na₂SiO_3(TB) + CO_2(r), ∆Н°₂₉₈ = 128,42 кДж,
Na₂O_(tв) + SiO_2(TB) = Na₂SiO_3(TB),     ∆Н°₂₉₈ = -207,40 кДж.

41. Пользуясь табличными значениями ∆G°₂₉₈ образования веществ, определите возможное направление самопроизвольного протекания реакций: а) СО_2(Г) + 2Н₂О_(Ж) = СH₄ + 2О_2(г) б) 2НВr_(г) + С1_2(г) = 2НС1_(г) + Вr_2(ж). Не производя расчетов, определите знак ∆S°₂₉₈ реакций.

42. При 25°С энтропия ромбической серы равна 31,98 Дне/моль×К, а энтропия моноклинической серы = 32,59 Дж/моль×К. Энтальпии сгорания ромбической и моноклинической серы соответственно равны -297,32 и - 297,57 кДж/моль. Определить (∆G °₂₉₈)х_Р: S _(ромб)  = S_{(монокл).} Какая модификация серы более устойчива при данной температуре?

43. Определить, может ли данная реакция протекать в прямом направлении при стандартных условиях

Fе₃О_4(тв) + 4Н₂(_Г) = 3Fe_(тв)+ 4Н₂О(_Г)?

44. Получение синтез - газа (смесь оксида углерода (IV) и водорода) осуществляется по реакции СH_4(г)+ Н₂О_(г)= СО_(г)+ ЗН_2(г). Определите:

а) экзо- или эндотермической является данная реакция;

б) увеличивается или уменьшается энтропия в ходе реакции;

в) в каком направлении самопроизвольно идет реакция в стандартных условиях.

 

 

26

 

45. В каком направлении будет самопроизвольно протекать реакция 2NO_2(r) = N₂O_4(r) при температуре +227°С? Какой фактор, энтальпийный или энтропийный, будет определяющим при низких и высоких

температурах?

46. В каком направлении будет самопроизвольно протекать данная реакция при температуре +1027 °С?

СО_(r) + Н₂О_(r) = СО_{2 (r)} + Н₂ (_г).

Какой фактор, энтальпийный или энтропийный, будет определяющим при низких и высоких температурах?

47. Рассчитать, при какой температуре начинается синтез дивинила (С₄Н₆) по реакции 2C₂H₅OH_(r) = С₄Н_6(r) + 2Н₂О_(r) + Н_2(r)

48. Рассчитать, при какой температуре начинается реакция крекинга н-бутана по реакции н - С₄Н_10(г) = С₂Н_6(г) + С₂Н_4(г). Энтальпийный или энтропийный фактор является определяющим при низких и высоких температурах?

49. На основании термодинамических данных для реакции

6С _{(графит)} + 6Н_2(r) = С₆Н_12(r)  определить:

а)в каком направлении самопроизвольно будет протекать эта реакция при 298К?

б)энтальпийный пли энтропийный фактор будет определяющим в этих условиях?

в)нагревание или охлаждение будет способствовать более полному протеканию
прямой реакции?

г)В стандартных условиях?

50. По табличными значениям термодинамических величин участников следующих реакций

С _{(графит)} + 2Н_2(r) = СН_4(r),

2С _{(графит)} + 2Н_2(r)= С₂Н_4(г),

2С _{(графит)} + Н_2(r)= С₂Н_2(г),

 определить:

а) какой из углеводородов можно получить синтезом из простых веществ при стандартных условиях;

б) какой из углеводородов можно синтезировать при повышенной температуре; в)какой из углеводородов наиболее стоек к разложению при + 298К?

51. Написать уравнения реакций получения углеводородов: СН_4(Г), С₂Н_6(г), С₃Н_8(Г), С₄Н_10(Г), С₅Н_12(Г) и С₆Н_14(Г) из простых веществ (графит и водород) и, по табличными значениям термодинамических величин, ответить на вопросы:

27

а) возможен ли синтез этих веществ при стандартных условиях?

б) как изменяется устойчивость углеводородов в этом ряду?

в) в какой из реакций изменение энтропии будет наибольшим?

г) как повлияет увеличение температуры на возможность получения этих веществ?

52. Будет ли химически устойчива смесь сероводорода и кислорода при t = 25 °C и парциальных давлениях газов, равных 1атм., если взаимодействие возможно по реакции: 2H₂S_(Г) + О_2(Г) = 2Н₂О_(Г) + 2S_(ромб)?

53. Рассчитать температуру, при которой окислительная способность кислорода и хлора будет одинакова 4НС1_(Г) + О_2(Г) = 2Н₂О_(Г)+ C1_2(Г). Какой из газов (О₂ или С1₂) будет проявлять более сильные окислительные свойства при низких температурах? Энтальпийный или энтропийный фактор будет определяющим при высоких и низких температурах?

54. На основании термодинамических данных реакции

ZnO_(тв)  + С _{(графит)} = Zn+СО_(Г)             определить:

а)возможно ли осуществить восстановление ZnO при стандартных условиях?

б) повышение или понижение температуры будет способствовать более глубокому протеканию данной реакции?

в)при какой температуре восстановительная активность Z. n и С будет одинакова?

г) чем обусловлено изменение энтропии в ходе реакции?

55. По табличными значениями термодинамических величия, рассчитать температуру, при которой начинается пиролиз метана по реакции

2СН₄= С₂H_4(Г)+2 H_2(Г)

Какой фактор, энтальпийный или энтропийный, является определяющим направлении данной реакции при низких и высоких температурах?

  56. Для реакций

ZnS_(тв) + 2НС1_(p)= H₂S_(г) + ZnCl_2(p), ∆G°₂₉₈= -462,6 кДж,

  РbS_(тв)+ 2НС1_(р) = H₂S_(r) + РbС1_2(Р), ∆G°₂₉₈= +31,0 кДж.

указать, какой из сульфидов можно растворить в разбавленной соляной кислоте.

  57. На основании следующих данных

 P_(белый)+3/2Сl_2(Г) = PСl_3(Г), ∆G°₂₉₈= -286.68 кДж,     

 P_(белый)+5/2С1₂(_г) = РС1_5(Г),  ∆G°₂₉₈= -325,10 кДж.

ответить на вопросы:

а) можно ли синтезировать хлориды фосфора из простых веществ при стандартных условиях?

 

28

6) повышение или понижение температуры будет способствовать более глубокому протеканию реакций?

в) какой из хлоридов более устойчив к разложению?

58. Исходя из значений ∆G°₂₉₈ для следующих реакций:

Fe(OH)_2(TB)+ l/4O_2(r)+ 1/2Н₂О_(ж) = Fе(ОН)з_(тв), ∆G°₂₉₈=-92,18кД,

Со(ОН)_2(TB)+1/4О_2(г) + 1/2Н₂О_(ж)= Со(ОН)з_(тв), ∆G°₂₉₈=-23,68 кДж,

Ni(ОН)_2(TB)+ 1/4О_2(г) + 1/2Н₂О_(ж) =Ni(ОН)з_(тв), ∆G°₂₉₈= +22,88 кДж

определить:

а) какой из гидроксидов (II или III) каждого из элементов более устойчив при стандартных условиях,

б)    какой из гидроксидов (III) обладает большей устойчивостью при ст. усл.;

в)    какой из гидроксидов (II) наиболее устойчив к окислению;

г)    какая степень окисления (+2 или +3) более характерна для Fe,Co,Ni при ст. усл?

59. На основании имеющихся данных:

                 С _{(графит)}+2F_2(г) = СF₄,             ∆G°₂₉₈= -636,04 кДж,

                 С _{(графит)}+2 Cl_2(г)= СCl_4(г),       ∆G°₂₉₈-64,11 кДж,

                 С _{(графит)}+2 Br_2(Ж) = CBr_4(г),  ∆G°₂₉₈ =+36,03 кДж,  

                 С _{(графит)}+ 2I_2(TB) = СI_4(г)                ∆G°₂₉₈ = +124,86  кДж,

определить: а) возможность получения тетрагалидов углерода из простых веществ при ст.усл.;

б) изменение степени сродства галогенов к углероду;

в) какой из тетрагалидов наиболее устойчив при ст.усл.;

60. Напишите уравнения реакций, соответствующих табличным значениям (∆G°₂₉₈)_обр соединений Н₂S гидридов элемента VI труппы (О, S, Se, Те) и сделайте следующие выводы:

а) как изменяется химическая активность этих элементов по отношению к водороду;

б) возможен ли синтез данных гидридов из простых веществ при ст. усл.;

в)в какой из этих реакций изменение энтропии будет наибольшим?

61. Напишите уравнения реакций, соответствующих табличным значениям (∆G°₂₉₈)_обр. галогенводородов и сделайте следующие выводы:

а) возможен ли синтез данных соединений из простых веществ при ст. усл.;

б) как изменяется относительная устойчивость галогенводородов при ст.усл.; в)какой из галогенов проявляет наиболее сильные окислительные свойства и какой из галогенводородов - восстановительные;

 г) в какой из реакций изменение энтропии будет наибольшим?

29

62. На основании следующих данных для оксидов элементов VI группы

                                                 СгО₃       МоО₃       WO₃

(∆G°₂₉₈)_обр, кДж/моль -507     -679     -763

сделайте вывод, как изменяется устойчивость высших оксидов элементов при ст.усл. Какой из оксидов проявляет наиболее сильные окислительные свойства?

63. На основании следующих данных для соединений Мл, Тс, Re

                                      Мn₂О₇    Тс₂О₇  Re₂O₇

(∆G°₂₉₈)_обр., кДж/ моль -545     -939     -1068

сделайте вывод об относительной устойчивости высших оксидов d-элементов VII группы. Какой из оксидов проявляет наиболее сильные окислительные свойства?

64. Для реакций НCIО_(р) =НCI_(р)+1/20_2(г),        ∆G°₂₉₈= -51,5 кДж,

                НВrО_(р)=НВr_(р) +1/20_2(г),     ∆G°₂₉₈=-21,8кДж,

                НIO_(р) =НI+1/20_2(г),     ∆G°₂₉₈= + 47,8кДж указать: а) какая из кислот будет наиболее устойчивой?

  б) какая из кислот является наиболее сильным окислителем?

65. Определить, какой из оксидов, СО₂, N₂O_S или SO₃, в большей степени проявляет кислотные свойства:

   СаО _(ТВ) + СО_2(Г) = СаСО_3(тв),    ∆G°₂₉₈= -134,0 кДж,

   СаО _(ТВ) + N₂O_5(r) =Ca(NO₃)_2(ТВ) ∆G°₂₉₈= -272,0 кДж,

    СаО _(ТВ) + SO_3(r)  = CaSO_4(ТВ),  ∆G°₂₉₈= -348,0 кДж.

66. Какой из оксидов, Na₂O, CaO или MgO, проявляет более сильные основные свойства:

                     СаО _(ТВ) + СО_2(Г) = СаСО_3(тв), ∆G°₂₉₈= -134,0 кДж,

                    MgO _(ТВ) +CO_{2 (Г)} =MgCO_{3 (тв)}, ∆G°₂₉₈= -67,0 кДж,

                 Na₂O _(TB)+CO_2(Г)=Na₂CO_3(TB),   ∆G°₂₉₈=-277,0 кДж

67. Для реакций    

Al₂O_3(TB) + 3SO_3(г) = Al₂(SO₄)_3(TB), ∆G°₂₉₈= -380,5кДж,
ZnO_(TB) + SO_3(г) = Zn(SO₄)_(TB),   ∆G°₂₉₈= -188,5 кДж

указать, какой из оксидов проявляет более сильные основные свойства

68.   На основании реакций

А1₂О_3(TB) + 3SO_3(г) = Al₂(SO₄)_3(TB), ∆G°₂₉₈= -380,5кДж,

А1₂О_3(ТВ) + Na₂O_(ТВ) = 2NaAIO_2(TB), ∆G°₂₉₈= -199,0 кДж указать:

а) характер А1₂О₃ (основной, амфотерный или кислотный);

б) какой характер (кислотный или основной) выражен ярче?

69.   Исходя из значения ∆G°₂₉₈ для следующих процессов:

2Rb_(ТВ) +1/2О_2(г) = Rb₂О_(ТВ),

2Ag_(ТВ) +1/2О_2(г) =Ag₂О_(ТВ)         

 

30

указать:

а) рубидий или серебро имеет большее сродство к кислороду;

б) какой из оксидов является более устойчивым?

70. Исходя из значения ∆G°₂₉₈ для следующих процессов:

               GeO_2(TB) +Ge_(TB) = 2GeO_(TB), ∆G°₂₉₈ = 41,9 кДж,

                SnO_2(TB) +Sn_(TB) = 2SnO _(TB), ∆G°₂₉₈ = 6,3кДж,

                 РbО_2(тв) + РЬ_(TB) = 2РЬО_(TB), ∆G°₂₉₈ = -158,8 кДж указать:

а) возможность протекания реакций в прямом направлении;

б) наиболее характерную степень окисления данных элементов.

71. На основании следующих данных

Рb _(тв) + F_2(г)= PbF_2(TB),    ∆G°₂₉₈ = -620,5 кДж,

Рb _(тв) + С1_2(г) =РbС1_2(тв), ∆G°₂₉₈ = -314,4 кДж,

Рb_(тв)+Вr_2(ж)=РbВr_2(тв),   ∆G°₂₉₈ = -260,78 кДж,

Рb_(тв)+I_2(тв) ⁼ РbI_2(тв),   ∆G°₂₉₈ = -174,01 кДж.

Ответить на следующие вопросы:

а) возможно ли синтезировать галиды свинца из простых веществ?
б) какой из галогенов проявляет наиболее сильные окислительные свойства?
в) какой из галидов обладает наибольшей устойчивостью к разложению?
г) в какой из реакций изменение энтропии будет наименьшим?
72. Даны(∆G°₂₉₈)_o6p,кДж/моль, галидов калия и меди:                                                                                                                              
                                  КF_(тв) = -534,2,  CuF_(тв)= -231,3,

                                  КС1_(тв)= -408,5, CuCl _(тв) -119,4,

                                  КВr_(тв)= -379,6,  CuBr_(тв)= -102,2,

                                  KI_(тв)= - 322,6,  CuI _(тв) = -71,2,

Написать уравнения реакций, соответствующие этим значениям, и сделать следующие выводы для стандартных условий:

а) можно ли синтезировать данные галиды из простых веществ?

б) как изменяется относительная устойчивость галидов калия и меди?

в) калий или медь обладают более сильными восстановительными свойствами?

г) какой из галогенов обладает более сильными окислительными свойствами?

31

д) какой из галидов обладает более сильными восстановительными свойствами?

73.   На основании следующих данных:

Mg _(TB) + 1/2О_2(Г) + Н₂О_(ж) = Mg(OH)_2(TB), ∆G°₂₉₈ = -598 кДж,

Сu _(тв)+1/2О_(Г) + Н₂О_(ж) = Сu(ОН)_2(TB). ∆G°₂₉₈= -120 кДж,

Аu _(TB)+ 3/4О₂(_Г) +3/2Н₂О_(Ж) = Аu(ОН)_3(TB), ∆G°₂₉₈ = +66 кДж

определить:

а) какие из металлов способны окисляться при стандартных условиях?

б) какой из гидроксидов обладает наибольшей устойчивостью?

в) какой из металлов является наиболее сильным восстановителем?

74.   Пересчитайте (∆G°₂₉₈)_хр на 1 эквивалент оксида:

Na₂O _(TB) +Н₂О_(ж) = NaOH_(TB), ∆G°₂₉₈ = -147,61 кДж,

MgO_(TB) + H₂O_(Ж) = Mg(OH)_2(TB); ∆G°₂₉₈ =-27,15 кДж,

А1₂О_3(TB)+ ЗН₂О_(Ж) = 2А1(ОН)_3(TB), ∆G°₂₉₈ =+18,27 кДж

и определите, какой из оксидов имеет наиболее сильные основные свойства.

75.   Даны (∆G°₂₉₈)_o6p, йодидов металлов

                                            NaI MgI А1I   

(∆G°₂₉₈)_o6p, кДж/моль      -285 -360 -314

Напишите уравнения реакций, соответствующие этим величинам, пересчитайте ∆G°₂₉₈ на 1 эквивалент соединения и сделайте следующие выводы:

а) как изменяется устойчивость иодидов к нагреванию в данном ряду;

б) как изменяется восстановительная активность соответствующих им металлов?

76. Даны (∆G°₂₉₈)_o6p, соединений р-элементов V группы с водородом

                                          NH₃   PH₃ AsH₃

 (∆G°₂₉₈)_o6p, кДж /моль    -17  +18 +156

Напишите уравнения реакций, соответствующих этим величинам сделайте следующие выводы:

а) как изменяется устойчивость данных соединений;

б) как изменяется окислительная способность данных р-элементов;

 в) как изменяется в этом ряду восстановительная способность соединений?

 

32

77. Даны (∆G°₂₉₈)_o6p, соединений неметаллов

                                      PH_3(г) H₂S_(г) НС1_(г)

(∆G°₂₉₈)_o6p, кДж /моль    18   -34  -96

Напишите уравнения реакций, соответствующих этим величинам, и сделайте следующие выводы:

а) как изменяется устойчивость данных водородных соединений;

б) как изменяется окислительная способность элементов в этом ряду;

в) как изменяется восстановительная способность данных соединений?

78. Изменение энтропии при плавлении 1 моль СН₃СООН - 40,2 Дж/моль×К.

t° плавления кислоты = 16,6°С. Рассчитать теплоту плавления в Дж/г и в Дж/моль.

79. От лития к азоту энтропия меняется следующим образом:

                             Li_(TB)       Be_(TB)      B_(TB)       C _(алмаз)           N_(г)

S°₂₉₈, Дж/моль*К 28,07 9,55   5,87   2,38        191,8               

d, г/см³ при 20°С 0,534 1,848 2,340 3,515           -

Объясните, почему энтропия сначала уменьшается, а у азота резко возрастает?

80. Чему равно изменение энтропии (S°₂₉₈) при следующих фазовых переходах:

а)   при плавлении 1 моля бензола С₆Н₆, если t_пл =5,49°С, а     ∆Н°_пл- 126,54 Дж/г?

б) при плавлении 1 моля алюминия в точке плавления при t _пл =   660"С, если ∆Н°_пл = 10,43 кДж/молъ?

в) при испарении 2 молей хлористого этила C₂H₅CI, если t_кип = 14,5°С, а ∆Н°_исп =  377,1 кДж/г?

г)    при испарении 2 молей жидкого кислорода в точке кипения, если t_кип- -I93°C, a ∆Н°_исп= 6829,7 Дж/моль?

д)    при и