2020-09-24
426
3) 
;
4) 
.
(−814,2 кДж/моль)
3. Энтальпии растворения в воде кристаллогидратов 
и 
с образованием раствора состава 
равны соответственно 10,8 и 45,0 кДж/моль. Рассчитать энтальпию реакции:
.
(−34,2 кДж)
4. Вычислить стандартное значение энтальпии связи азот–кислород в молекуле 
по следующим данным:
1) 
;
2) 
;
.
(631,7 кДж/моль связи)
5. Зная величины
;
;
,
определить стандартную энтальпию образования иона 
в водном растворе. (−167,1 кДж/моль)
6. Вычислить энтальпию разбавления водного раствора нитрата свинца моляльности 0,556 до моляльности 0,111 по следующим данным:
(3,4 кДж/моль)
Вариант 4
1. Вычислить стандартную энтальпию реакции
по справочным данным. Рассчитать стандартное значение внутренней энергии для этого процесса. (− 91,5 кДж; − 86,5 кДж)
2. Определить стандартную энтальпию образования газообразной воды, используя следующие термохимические данные:
1) 
;
2) 
;
3) 
.
(− 241,8 кДж/моль)
3. Энтальпии растворения 
в воде с образованием раствора состава 
равна 20,7 кДж/моль, а энтальпия реакции
составляет −87,6 кДж. Рассчитать энтальпию реакции растворения в воде безводного сульфата железа(II) с образованием раствора состава 
. (− 66,9 кДж/моль)
4. Вычислить стандартное значение средней энтальпии связи фосфор–водород в молекуле фосфина по следующим данным:
1) 
;
2) 
;
.
(321,7 кДж/моль связи)
5. Зная величины
;
;
;
,
определить стандартную энтальпию образования 
.(−393,5 кДж/моль)
6. Стандартная энтальпия образования 
равна −795,9 кДж/моль, а энтальпия растворения этого соединения в воде с образованием растворов моляльной концентрации 2,78 и 1,11 равны соответственно −74,4 и −77,3 кДж/моль. Вычислить энтальпию образования раствора состава 
. (−872,2 кДж/моль)
Вариант 5
1. Вычислить стандартную энтальпию реакции
по следующим данным:
;
;
.
(−269,5 кДж)
2. Какое количество теплоты выделится при сгорании 24 г метана, если известны следующие термохимические данные:
1) 
;
2) 
;
3) 
.
(1335,5 кДж)
3. Энтальпии растворения 
и 
в воде с образованием раствора состава 
равны соответственно −80,1 и 7,9 кДж/моль. На основе этих данных рассчитать энтальпию реакции:
.
(−88,0 кДж)
4. Вычислить стандартное значение энтальпии связи водород–бром в молекуле бромоводорода по следующим данным:
1) 
;
2) 
;
3) 
;
.
(366,1 кДж/моль связи)
5. Зная величины
;
;
,
определить стандартную энтальпию образования в растворе бромида натрия. (− 361,8 кДж/моль)
6. Вычислить энтальпию растворения газообразного HBr в воде с образованием двумоляльного раствора по следующим данным:
(−83,0 кДж/моль)
11. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Пример 1. Привести уравнения для вычисления констант равновесия 
и 
следующих процессов:
а) 
;
б) 
;
в) 
;
г) 
.
Для гомогенной реакции, протекающей в газовой фазе, установить отношение между и .
Решение. Для гетерогенных процессов концентрации веществ, находящихся в конденсированной (жидкой или твёрдой) фазе, не входят в выражение для константы равновесия. В связи с этим выражения для констант равновесия процессов а)–г) имеют вид:
а) 
; 
;
б) 
; 
;
в) 
; 
;
г) 
.
Из уравнения Менделеева–Клапейрона 
следует, что
,
где С – концентрация реагента в моль/л.
Тогда для процесса в) имеем:
где показатель степени (−2) представляет собой разность между суммарным количеством газообразных веществ продуктов реакции и исходных веществ:
.
Пример 2. В замкнутый сосуд ввели газообразные вещества А, В и С, их исходные концентрации составили по 3 моль/л. После установления в системе химического равновесия
при некоторой температуре равновесная концентрация вещества С составила 5 моль/л. Вычислите равновесный выход продукта реакции С в тех же условиях, если исходные концентрации веществ А и В составляли по 8 моль/л.
Решение. Концентрация вещества С, полученного в результате взаимодействия веществ А и В, возросла на (5−3)=2 моль/л. Следовательно, в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции исходные концентрации веществ А и В уменьшились на 1 моль/л.
Тогда равновесные концентрации реагентов составят, моль/л:
2 2 5
Вычисляем константу равновесия процесса
.
Обозначим равновесную концентрацию вещества С, полученную при взаимодействии 8 моль/л А и 8 моль/л В, через х моль/л (в исходном состоянии в системе согласно условию задачи вещества С не было). Следовательно, исходные концентрации реагентов А и В уменьшились на 0,5х моль. Новые равновесные концентрации веществ составят
(8−0,5х) (8−0,5х) х
Константа равновесия реакции не зависит от концентраций исходных веществ при данных T и P, т.е.
,
откуда х = 8,89.
Если бы вещества А и В прореагировали полностью, то при 100 %-м выходе концентрация продукта С составила бы 16 моль/л. Следовательно, равновесный выход продукта реакции равен
.
Пример 3. Вычислить константу равновесия при 298 К для процесса
,
используя следующие данные:
.
Давление насыщенного пара метанола при 298 K равно 16200 
.
Решение. Применяя законы идеального газового состояния для при давлении 1 атм (101,325 кПа), можно вычислить величину 
для процесса 
:
,
где 
(для гетерогенной реакции константа равновесия равна давлению паров метанола). Следовательно,
(под знаком логарифма должна быть безразмерная величина).
Таким образом, имеем:
.
.
Суммируя эти два уравнения, получаем:
.
Константа равновесия данного процесса определяется из уравнения:
,
т.е.
,
откуда
.
Пример 4. В сосуде объёмом 4 л при некоторой температуре установилось равновесие
.
Начальные количества веществ СО и 
составляли соответственно 4 и 8 моль. Вычислить равновесные концентрации реагентов и константу равновесия процесса , если к моменту установления равновесия процесса образовалось 2 моль 
.
Решение.
4 8 0 0
2 2 2 2
Равновесные количества реагентов рассчитываются по уравнению реакции, учитывая стехиометрические соотношения между ними. В связи с тем, что продукты реакции ( и 
) получаются в молярном соотношении 1:1, то равновесные их количества вещества одинаковы и составляют по 2 моль. Следовательно, для получения 2 моль метана (или паров воды), расходуется в 3 раза бóльшее количество вещества водорода, т.е. 6 моль. Тогда равновесное количество вещества составляет (8−6) = 2 моль. Количество вещества СО, которое вступило в реакцию, составляет 2 моль, так как количество прореагировавшего вещества СО равно количеству образовавшихся веществ и . Следовательно, равновесное количество вещества СО равно (4−2) = 2 моль.
Вычисляем равновесные концентрации реагентов:
.
Константа равновесия реакции равна:
.
Пример 5. Вычислить температуру, при которой давление газообразных веществ вследствие термической диссоциации хлорида аммония будет равно атмосферному (101,325 кПа), используя следующие данные:
| 
| |
| −314,2 | −203,2 |
| −92,3 | −95,3 |
| −46,2 | −16,71 |
При вычислении принять, что величины 
и 
термического разложения хлорида аммония не зависят от температуры.
Решение. Для рассматриваемого гетерогенного химического равновесия
пусть Т является температурой, при которой хлорид аммония подвергается термическому разложению. Предполагая, что аммиак и хлороводород при этой температуре подчиняются законам идеального газового состояния, можно считать, что парциальные давление этих газов в смеси одинаковы и составляют по 0,5 атм (суммарное давление образовавшейся газовой смеси равно 1 атм (101,325 кПа), т.е. атмосферному давлению).
Таким образом, 
(или 
).
Константа равновесия реакции при температуре Т равна
,
а 
(под знаком логарифма должна стоять безразмерная величина).
Если давления компонентов выражены в кПа, величина 
не изменится:
.
Используя справочные данные о стандартных энергиях Гиббса образования веществ, вычисляем величину для рассматриваемой химической реакции
.
Используя соотношение 
, можно вычислить логарифм константы химического равновесия при 298 К:
,
откуда
.
Находим величину реакции термического разложения хлорида аммония:
.
Решая систему двух уравнений
считая при этом, что величины 
и 
не зависят от Т, т.е.
;
,
получаем, что
,
т.е.
,
откуда T = 595 K.
Пример 6. При некоторой температуре и давлении 101,325 кПа степень термической диссоциации иодоводорода по уравнению
составляет 30 %. Вычислить константы равновесия данного процесса и , если начальное количество вещества иодоводорода составляло 1 моль.
Решение. Пусть α – количество вещества иодоводорода, подвергшегося термическому разложению. Вычислим равновесные количества и равновесные концентрации веществ:
1 0 0
где V – объём сосуда, в котором проходит реакция.
Данная реакция идёт без изменения объёма, поэтому величины и равны друг другу:
.
Подставляя в последнее выражение величину α = 0,3, имеем:
.
Вариант 1
1. Привести уравнения для вычисления констант равновесия и следующих процессов:
а) 
;
б) 
;
в) 
;
г) 
.
Для реакций, протекающих в газовой фазе, установить соответствие между и .
2. Исходные концентрации метана и оксида углерода(IV) в системе
составляли соответственно 0,4 моль/л и 0,6 моль/л. Вычислить константу равновесия данного процесса, если к моменту наступления равновесия прореагировало 25 мол.% метана. (
)
