АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Химическая кинетика

Читайте также:
  1. Гормоны стероидной природы: глюкокортикоиды, половые гормоны, минералокортикоиды. Химическая структура гормонов, механизм действия, влияние на обмен веществ.
  2. Задача №2. Химическая кинетика.
  3. ОП 6М072100 – «Химическая технология органических веществ»
  4. Опыт 2. Электрохимическая коррозия цинка в контактной паре с медью
  5. Основная алхимическая реакция или просветление.
  6. Работа живого вещества в биосфере. Две основные формы геологической деятельности живого вещества: химическая и механическая.
  7. Химическая связь
  8. Химическая связь.
  9. Химическая стерилизация

Пример 1. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (V) с парами воды образуется жидкий РОС13 и хлороводород. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции.

Решение. Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепло­вых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Qp, равные изменению энтальпии системы ∆Н. Значение ∆Н приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой с запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г — газообразное, ж — жидкое, к — крис­таллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно.

Если в результате реакции выделяется теплота, то ∆Н < 0. Считывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

РС15(к) + Н2О(г) = РОСl 3(ж) + 2НС1(г); ∆Нхр = -111,4 кДж

Таблица 3

Стандартные теплоты (энтальпии) образования некоторых веществ

Вещество Состо- яние ∆Н , кДж/моль Вещество Состо-яние ∆Н , кДж/моль
С2Н2 СS2 NО С6Н6 С2Н4 Н2S NН3 СН4 С2Н6 НСl г г г г г г г г г г +226,75 +115,28 +90,37 +82,93 +52,28 -20,15 -46,19 -74,85 -84,62 -92,31 СО СН3ОН С2Н5ОН Н2О Н2О NН4Сl СО22О3 ТiО2 Са(ОН)2 Аl2О3 г г г г ж к г к к к к -110,52 -201,17 -235,31 -241,83 -285,84 -315,39 -393,51 -822,10 -943,90 -986,50 -1669,80

Пример 2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением С2Н6(г) + 3 ½ О2 = 2 СО2(г) + 3 Н2О(ж); Нхр = -1559,87 кДж.

Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО2(г) и Н2О(ж) (см. табл. 5).

Решение. Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования 1 моль этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоту образования относят к стандартному состоянию, т.е. 25 оС (298 К) и 1,013∙105 Па и обозначают через ∆Н . Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через ∆Н. Следовательно, нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид

2С (графит) + ЗН2(г) - С2Н6(г); ∆Н=?

исходя из следующих данных:

а) С2Н6(г) + 3'/2О2(г) = 2СО2(г) + ЗН2О(ж); ∆Н= -1559,87 кДж;

б) С (графит) + О2(г) = СО2(г); ∆Н = -393,51 кДж;

в) Н2(г) + ½ O2 = Н2О(ж); ∆Н = - 285,84 кДж.

На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (в) — на 3, а затем сумму этих уравнений вычислить из уравнения (а):

С2Н6 + 372О2 - 2C - 2О2-ЗН2 -3/2О2 = 2СО2 + ЗН2О -2СО2 - ЗН2О

∆Н = -1559,87 -2(-393,51)-3(-285,84) = +84,67 кДж;

∆Н = -1559,87 + 787,02 + 857,52; С2Н6 = 2С + ЗН2; ∆Н= + 84,67 кДж.

Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то ∆Н (г) = -84,67 кДж. К тому же результату придем, если для решения задачи применить вывод из закона Гесса:

∆Нх р = 2∆НСО2 + З∆НН2О - ∆НС2н6 - 3 ½ ∆НО2

Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю ∆Нс2н6 = 2∆НСО + З∆НН О - ∆Нх р

∆Нс2н6 = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 1559,87 = -84,67;

то ∆Н (г) = -84,67 кДж

Пример 3. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением

С2Н5ОН(ж) + ЗО2(г) = 2СО2(г) + ЗН2О(ж); ∆Н=?

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что молярная теплота парообразования С2Н5ОН(ж) равна +42,36 кДж, а теплоты образования С2Н5ОН(г), СО2(г), Н2О(ж) см. табл. 5.

Решение. Для определения ∆Н реакции необходимо знать теплоту образования С2Н5ОН(ж). Последнюю находим из данных:

С2Н5ОН(ж) = С2Н5ОН(г); ∆Н= +42,36 кДж +42,36=-235,31-∆НС2Н5ОН (ж);

∆НС2Н5ОН (ж) = -235,31 - 42,36 = -277,67 кДж.

Вычисляем реакции, применяя следствия из закона Гесса:

∆Нхр = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 277,67 = -1366,87 кДж.

Пример 4. В каком состоянии энтропия 1 моль вещества больше при одинаковой температуре: в кристаллическом или парообразном?

Решение. Энтропия есть мера неупорядоченности состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) расположены упорядоченно и могут находиться лишь в определенных точках пространства, а для газа таких ограничений нет. Объем 1 моль газа гораздо больше объема 1 моль кристаллического вещества; возможность хаотичного движения молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия 1 моль паров вещества больше энтропии 1 моль его кристаллов при одинаковой температуре.

Пример 5. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе СН4(г) + СО2 2СО(г) + 2Н2(г)

Решение. Вычислим ∆G0298 прямой реакции. Значения ∆G0298 соответствующих веществ приведены в таблице 4. Зная, что ∆G есть функция состояния и что ∆G для простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим ∆G0298 процесса: ∆G0298 = 2(-137,27) + 2(0) - (-50,79 - 394,38) = + 170,63 кДж.

То что ∆G0298 > 0, указывает на невозможность самопроиз­вольного протекания прямой реакции при Т = 298К и давлении взятых газов, равном 1,013 ∙105 Па (760 мм рт. ст. = 1 атм).

Таблица 4

Стандартная энергия Гиббса образования некоторых веществ

 

Вещество Состояние , кДж/моль Вещество Состояние кДж/моль
ВаSО4 К -1138,8 FeO К -244,3
СаСО3 К -1128,75 H2O Ж -237,19
3О4 К -1014,2 H2O Г -228,59
ВеСО3 К -944,75 PbO2 К -219,0
СаО К -604,2 CO Г -137,27
ВеО К -581,61 CH4 Г -50,79
NаF К -541,0 NO2 Г +51,84
ВаО К -528,4 NO Г +86,69
СО2 Г -394,38 C2H2 Г +209,20
NaCl К -384,03      
ZnO К -318,2      

 

 

Таблица 5

Стандартные абсолютные энтропии некоторых веществ

 

Вещество Состоя ние Дж/ (моль∙К) Вещество Состоя ние Дж/(моль∙К)
С алмаз 2.44 H2O Г 188,72
С Графит 5.69 N2 Г 191,49
Fe К 27.2 NH3 Г 192,50
Ti К 30.7 CO Г 197,91
S Ромб 31.9 C2H2 Г 200,82
TiO2 К 50.3 O2 Г 205,03
FeO К 54.0 H2S Г 205,64
H2O Ж 69.94 NO Г 210,20
Fe2O3 К 89.96 CO2 Г 213,65
NH4Cl К 94.5 C2H4 Г 219,45
CH3OH Ж 126.8 Cl2 Г 222,95
H2 Г 130.59 NO2 Г 240,46
Fe3O4 К 146.4 PCl3 Г 311,66
CH4 Г 186.19 PCl5 Г 352,71
HCl Г 186.69      

Пример 6. На основании стандартных теплот образования (см. табл. 3) и абсолютных стандартных энтропии веществ (табл. 5) вычислите ∆S0298 реакции, протекающей по уравнению СО(г) + Н2О(ж) = СО2(г) + Н2(г)

Решение. ∆G0 = ∆Н - Т∆S0; ∆Н и ∆S — функции состояния, поэтому

∆Н 0х.р. = (-393,51+0) – (-110,52-285,84) = +2,85 кДж

∆S 0х.р. =(213.65 + 130.59) – (197.91 + 69.94) = +79.39 = 0.07639кДж/(моль∙К)

∆G0 = +2,85 – 298 ∙ 0,07639 = - 19,91 кДж.

Пример 7. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению Fe2O3(к)+ 3H2(г) = 2Fe(к) + ЗН2О(г); ∆Н= +96,61 кДж

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии ∆S = 0,1387 кДж/(моль∙К)? При какой температуре начнется восстановление Fe2О3?

Решение. Вычисляем ∆G0 реакции: ∆G =∆H-T∆S = 96,61 -298 ∙ 0,1387 = +55,28 кДж.

Так как ∆G > 0, то реакция при стандартных условиях невоз­можна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой ∆G =0:

∆Н = Т∆S;

Следовательно, при температуре ≈ 696,5К начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Пример 8. Вычислите ∆Н°, ∆S и ∆G0т реакции, протекающей по уравнению Fe2O3(к) + ЗС = 2Fe + ЗСО. Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 углеродом при 500 и 1000 К?

Решение. ∆Н 0х.р. и ∆S 0х.р. находим из соотношений (1) и (2):

∆Н = [3(-110.52)+2∙0]-[-822.10+3∙0]

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения

∆G500= 490,54 -500 = +219,99кДж

∆G1000 = 490,54 - 1000 = -50.56кДж

Так как ∆G500 >0, а ∆G1000 <0, то восстановление Fe2O3 возможно при 1000 К и невозможно при 500К.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.014 сек.)