Определение температуры начала протекания реакции. Задачи 67 — 71

Как правильно рассчитывать тепловой эффект реакции, изменение энтропии реакции, костанту равновесия реакции

 

Видео:Задачи на ВЫХОД ПРОДУКТА химической реакции | Расчет выхода продукта от теоретически возможногоСкачать

Задачи на ВЫХОД ПРОДУКТА химической реакции | Расчет выхода продукта от теоретически возможного

Вычисление теплового эффекта реакции

 

Задача 67.
Вычислить тепловой эффект реакции: Al2O3(тв.) + 3SO3 = Al2(SO4)3(тв.) при условии, что она протекает в калориметрической бомбе при постоянном объеме и Т = 298 К.
Решение:
ΔН°Al2O3 = -1675,7 кДж/моль;
ΔН°Al2(SO4)3 = -3441,8 кДж/моль;
ΔН°SO3 = -395,8 кДж/моль 
ΔН = ?
Рассчитаем энтальпию реакции при стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса:

ΔНх.р. = ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

Тогда 

ΔН°298 = ΔH°Al2(SO4)3  — (ΔH°Al2O3 — 3ΔH°SO3) =
= -3441,8 — [-1675,7 + 3(-395,8)] = -578,7 кДж/моль.

Знак минус перед тепловым эффектом означает, что теплота выделяется в результате реакции.
 


Видео:Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать

Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.

Определение темпрературы начала протекания реакции

 

Задача 68.
Возможна ли реакция диссоциации углекислого газа при Т = 500 градусов цельсия? И при какой температуре эта реакция может начать протекать?
Уравнение реакции: 2CO2 = 2CO +  O2.
ΔH°CO2 = -393,51  кДж/моль;      
ΔH°CO = -110,53   кДж/моль;
S°СО2 = 213,66 Дж/(моль·К); 
S°СО = 197,55 Дж/(моль·К);
S°О2 = 205,04 Дж/(моль·К); 
T =  500 °C = 773 K;       
∆G°773 = ?
Решение:
Рассчитаем энтальпию реакции при стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса, при этом учитываем, что для простых веществ стандартная теплота образования равна нулю.
Уравнение Гесса:

ΔНх.р. = ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

Тогда 

ΔН°298 = 2ΔH°СО  — 2ΔH°CО2) =
= 2(-110,53) — 2(-393,51) = 565,96 кДж/моль.

Знак плюс перед тепловым эффектом означает, что теплота поглощается в результате реакции.
Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°х.р. = ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

∆S°х.р. = (2S°СО + S°O2) — 2S°CO2
= [(2 . 197,55) + 205,04] — (2 . 213,66) = 172,82 Дж/(моль . К).

Теперь находим ∆G°773х.р., выражая ∆S°х.р. в кДж/(моль·К):

∆G°773 = ΔН°298 — Т∆S°х.р.;
∆G°773х.р. = [565,96 — 773(172,82 . 10-3)] = 432.37014 кДж/моль.

Т.к. ∆G°773х.р. > 0, то реакция при 773 К не может протекать самостоятельно.

Рассчитаем температуру начала реакции, т.е. состояние равновесия её, получим.

В состоянии равновесия:

∆G = 0 и ∆H = T∆S.

Тогда

Т = ∆H/∆S;
Т = (565,96 кДж/моль)/(172,82 .10-3 кДж/моль·К) = 3274,85 K или приблизительно 3000 °С.
 


Причины изменения энтропии в ходе реакции

Задача 69.
Сколько тепла выделится при сгорании 50 г бензола в стандартных условиях? Подробно объясните причины изменения энтропии в ходе прямой реакции.
Решение:
m(С6Н6) = 50 г;
M(С6Н6) = 78,11 г/моль;
∆H°С6Н6(ж) = 49,03 кДж/моль;
∆H°СO2(г) = -393,51 кДж/моль;
∆H°Н2О(ж) = -285,83 кДж/моль;
S°С6Н6(ж) = 172,8 Дж/(моль . K);
S°СO2(г) = 213,67 Дж/(моль . K);
S°Н2О) = 70,08 Дж/(моль . K);
S°O2(г) = 205,04 Дж/(моль . K);
Qp = ?
∆S° = ?
Уравнение реакции горения бензолы имеет вид:

С6Н6(ж) + 3,5О2 =  2СО2 + 3Н2О(ж), Q. 

Рассчитаем энтальпию реакции при стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса, при этом учитываем, что для простых веществ стандартная теплота образования равна нулю.
Уравнение Гесса:

ΔНх.р. = ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

Тогда 

ΔН°298 = 3ΔH°Н2О(ж) + 2∆H°СO2 — ∆H°С6Н6(ж) =
= 3(-285,83) + 2(-393,51) — 49,03 = -1595,01 кДж/моль;
Q = -ΔНх.р. = 1595,01 кДж.

Знак минус перед тепловым эффектом означает, что теплота выделяется в результате реакции.

Тогда

Qp = [m(С6Н6) . (-ΔНх.р.)]/M(С6Н6) = (50 . 1595,01)/78,11 = 1021 кДж.

Изменение энтропии химического процесса (ΔS°) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°х.р. = ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

∆S°х.р. = [3S°Н2О(ж) + 2S°CO2(г)] — [S°С6Н6(ж) + 3,5S°O2(г)] = 
= [(3 .70,08) + (2 . 213,67)] — [172,8 + (3,5 . 205,04] = -254.12 Дж/(моль . К).

Так как общее число молей газообразных веществ уменьшается (3,5VО2) исходных газообразных веществ и (2VСО2) газообразных продуктов), то система переходит из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное, поэтому ∆S° < 0.
Если энтальпия ΔН° < 0 и энтропия ∆S°  < 0, то процесс возможен при условии, что член (ΔН°) в уравнении для энергии Гиббса (∆G =  ∆H — T∆S) больше по абсолютному значению, чем член (T∆S°); поскольку абсолютное значение члена(T∆S°) с ростом множителя (Т) увеличивается, то указанное условие будет осуществляться при достаточно низких температурах, возможно и в стандартных условиях. 
 


Расчет стандартной энтальпии образования оксида фосфора (V)

 

Задача 70.
При окислении 12,4 г фосфора выделилось 306 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную энтальпию образования оксида фосфора (V).
Решение:
m(P) = 12,4 г;
Q = 306 кДж;
∆H = ?
Уравнение реакции имеет вид:

2Р + 5/2О2 = Р2О5, Q

Из уравнения реакции вытекает, что при окислении 2 моль Р образуется 1 моль Р2О5, т.е. 2n(P) = n(Р2О5).
Рассчитаем количество окислившегося фосфора, получим:

n(P) = m(P)/M(P) = 12,4/31 = 0,4 моль.

Рассчитаем стандартную энтальпию образования оксида фосфора (V), получим:

0,4 моль : 306 кДж = 2 моль : х;
х = (306 кДж . 2 моль)/0,4 моль = 1530 кДж;
Qр = 1530 кДж;
∆H = -Qр = 11530 кДж/моль.


Расчет константы равновесия реакции (н.у.), зная значение энергии Гиббса

Задача 71.
Определите возможность протекания реакции при стандартных условиях. Если реакция возможна, то рассчитайте константу её равновесия. Как нужно изменить температуру проведения реакции, чтобы увеличить выход продуктов реакции. Дайте обоснованный ответ. Уравнение реакции имеет вид:
4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(ж) + 2Cl2(г).
Решение:
∆H°HCl(г) = -92,31 кДж/моль;
∆H°H2O(ж) = -285,83 кДж/моль;
S°HCl(г) = 186,79 Дж/(моль . К);
S°H2O(ж) = 70,08;
S°O2(г) = 205,04 Дж/(моль . К);
S°Cl2(г) = 222,98 Дж/(моль . К);
Кр = ?
Рассчитаем энтальпию реакции при стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса, при этом учитываем, что для простых веществ стандартная теплота образования равна нулю.
Уравнение Гесса:

ΔНх.р. = ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

Тогда 

ΔН°298 = 2ΔH°Н2О(ж) — 4∆H°HCl(г) =
= 2(-285,83) — 4(-92,31) = -202,42 кДж/моль.

Знак минус перед тепловым эффектом означает, что теплота выделяется в результате реакции.
Согласно 3-му следствию из закона Гесса, изменение энтропии химического процесса (ΔS°) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°х.р. = ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

∆S°х.р. = [2S°Н2О(ж) + 2S°Cl2(г)] — [4S°HCl(г) + S°O2(г)] = 
= [(2 . 70,08) + (2 . 222,98)] — [(4. 186,79) + 205,04] = -366,08 Дж/(моль . К).

Отрицательное значение изменения энтропии (уменьшение энтропии) свидетельствует о невозможности осуществления указанного процесса самопроизвольно в стандартных условиях.
Теперь находим ∆G°298, выражая ∆S°х.р. в кДж/(моль·К):

∆G°298 = ΔН°298 — Т∆S°х.р.;
∆G°298 = [-202,42 — 298(-366,08 . 10-3)] кДж/моль = -93,38816 кДж/моль.

Т.к. ∆G°250х.р. < 0, то реакция при 298 К может протекать самостоятельно.

Рассчитаем константу равновесия реакции (н.у.) по формуле:

lgK = ∆G°298/-5,69.

Тогда

lgK = ∆G°298/-5,69 = -202,42/-5,69 = 35,57;
К = 3,7 . 10^35.

Так как процесс идес с выделением температуры, то для увеличения выхода продукта нужно понизить температуру в системе, т.е. отводить тепло.


 

📸 Видео

Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по Химии

Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)Скачать

Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)

Задачи на ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ | Термохимические уравненияСкачать

Задачи на ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ | Термохимические уравнения

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.

Расчет выхода продукта от теоретически возможного. 10 класс.Скачать

Расчет выхода продукта от теоретически возможного. 10 класс.

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языкуСкачать

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языку

задачи на порядок хим реакцииСкачать

задачи на порядок хим реакции

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ: Химическое Количество Вещества, Моль, Молярная Масса и Молярный ОбъемСкачать

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ: Химическое Количество Вещества, Моль, Молярная Масса и Молярный Объем

Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Химия ПростоСкачать

Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Химия Просто

Решение задач на зависимость энтальпии от температурыСкачать

Решение задач на зависимость энтальпии от температуры

Расчеты по уравнениям химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

Расчеты по уравнениям химических реакций. 1 часть. 8 класс.

Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^Скачать

Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^

Зависимость скорости реакции от температуры | Задачи по химии ГлинкаСкачать

Зависимость скорости реакции от температуры | Задачи по химии Глинка

Влияние температуры на скорость химических реакций. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Влияние температуры на скорость химических реакций. Практическая часть. 10 класс.

Решение задач на первое начало термодинамики. ТермохимияСкачать

Решение задач на первое начало термодинамики. Термохимия

Как расставлять коэффициенты в уравнении реакции? Химия с нуля 7-8 класс | TutorOnlineСкачать

Как расставлять коэффициенты в уравнении реакции? Химия с нуля 7-8 класс | TutorOnline

Экзо- и эндотермические реакции. Тепловой эффект химических реакций. 8 класс.Скачать

Экзо- и эндотермические реакции. Тепловой эффект химических реакций. 8 класс.

Решение задач по уравнениям реакций, если одно из реагирующих веществ взято в избытке. 1 ч. 9 класс.Скачать

Решение задач по уравнениям реакций, если одно из реагирующих веществ взято в избытке. 1 ч. 9 класс.
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии