Термодинамика и кинетика химических реакций

1. Что изучает термодинамика?

2. Что называют термодинамической системой? Какие виды систем существуют?

3. Что называют параметрами состояния? Какие параметры называют интенсивными, экстенсивными? Назовите основные параметры химической системы.

4. Что называют процессом? Самопроизвольным процессом? Циклом? Равновесным процессом? Неравновесным процессом? Обратимым процессом?

5. Что называют фазой? Гомогенной, гетерогенной системой?

6. Что называют функцией состояния?

7. Что характеризует внутренняя энергия U? От чего зависит внутренняя энергия?

8. Что называют теплотой Q? Какие реакции являются экзотермическими, эндотермическими? Как при их протекании изменяется теплота и энтальпия?

9. Что называют работой p∆V?

10. Сформулируйте первый закон термодинамики. Запишите его математически.

11. Сформулируйте первый закон термодинамики для изотермического, изохорного и изобарного процессов.

12. Что называют энтальпией?

13. Что называют тепловым эффектом реакции? От чего зависит тепловой эффект реакции?

14. Какое уравнение называют термодинамическим? Термохимическим?

15. Какие условия называют стандартными?

16. Что называют энтальпией реакции? Стандартной энтальпией реакции?

17. Что называют энтальпией образования вещества? Стандартной энтальпией образования вещества?

18. Какое состояние вещества является стандартным? Чему равна энтальпия образования простого вещества в стандартном состоянии?

19. Энтальпия образования H₂SO₃ по величине равна тепловому эффекту реакции: H_2(г) + S_(тв) + 1,5О_2(г) H₂SO_3(ж); H_2(г) + SО_2(г) + 0,5О_2(г) H₂SO_3(ж); H₂О_(г) + SО_2(г) H₂SO_3(ж); 2H_(г) + S_(тв) + 3О_(г) H₂SO_3(ж).

20. При взаимодействии 1 моля водорода и 1 моля брома выделилось 500 кДж тепла. Чему равна ∆Н_{обр, HBr}?

21. При образовании 5 молей вещества А_хВ_у поглотилось 500 кДж тепла. Чему равна ∆Н_обр этого вещества?

22. Что называют энтальпией сгорания? Стандартной энтальпией сгорания? Теплотворной способностью?

23. Сформулируйте закон Гесса, первое и второе следствия из него.

24. Какое выражение применимо для расчета ∆Н_р реакции 2А + 3В 2С по следствию закона Гесса:

∆Н_р = 2∆Н_{обр, С} + 2∆Н_{обр, А} + 3∆Н_{обр, В} ; ∆Н_р = 2∆Н_{обр, С} – (2∆Н_{обр, А} + 3∆Н_{обр, В});

∆Н_р = 2∆Н_{обр, А} + 3∆Н_{обр, В} –2∆Н_{обр, С}; ∆Н_р = – 2∆Н_{обр, С} – (2∆Н_{обр, А} + 3∆Н_{обр, В})?

25. Стандартная энтальпия сгорания (∆Н⁰_сгор) метанола СН₄О_(ж) (М = 32 г/моль) равна -726,6 кДж/моль. Какое количество тепла выделится при сгорании 2,5 кг вещества?

26. В каком случае стандартная энтальпия сгорания одного вещества равна стандартной энтальпии образования другого вещества?

27. Для каких веществ стандартная энтальпия сгорания равна нулю: СО, СО₂, Н₂, О₂?

28. Для реакции 2Cl_2(г) + 2H₂O_(ж) 4HCl_(г) + О_2(г) рассчитайте стандартную энтальпию (кДж), если известны стандартные энтальпии образования веществ:

Вещество	HCl	О2	Cl2	H2O
∆Н , кДж/моль	-92,31			-285,83

29. ∆Н = -1410,97 кДж/моль; ∆Н = -2877,13 кДж/моль. Какое количество теплоты выделится при совместном сжигании 2 моль этилена и 4 моль бутана?

30. ∆Н = -1410,97 кДж/моль; ∆Н = -2877,13 кДж/моль. Какое количество теплоты выделится при сжигании 0,7 кг газовой смеси, состоящей из 20% этилена и 80% бутана?

31. Стандартная энтальпия реакции MgCO_3(тв) → MgO_(тв) + СО_2(г) равна 101,6 кДж; стандартные энтальпии образования MgO_(тв) и СО_2(г): -601,0 и -393,5 кДж/моль соответственно. Чему равна стандартная энтальпия образования карбоната магния MgСO₃?

32. Что называют термодинамической вероятностью системы? Что называют энтропией? Как энтропия выражается через термодинамическую вероятность?

33. Сформулируйте второй закон термодинамики.

34. Что называют стандартной энтропией вещества?

35. Сформулируйте третье начало термодинамики (постулат Планка).

36. Что называют энтропией реакции? Стандартной энтропией реакции?

37. Какое выражение применимо для расчета ∆S_р реакции CH₄ + CO₂ 2CO + 2H₂:

∆S_р = S + S + S + S ; ∆S_р = S + S + 2S + 2S ;

∆S_р = 2S + 2S – S + S ; ∆S_р = 2S + 2S – S – S ?

38. Для реакции 2Cl_2(u) + 2H₂O_(ж) 4HCl_(г) + О_2(г) рассчитайте стандартную энтропию (Дж/К), если известны стандартные энтропии образования веществ:

Вещество	HCl	О2	Cl2	H2O
S0, Дж/моль·К	186,79	205,04	222,98	70,08

39. Что называют свободной энергией Гиббса? Какова ее связь с другими термодинамическими функциями?

40. Как по знаку энергии Гиббса реакции определяют направление реакции?

41. При каких температурах возможна реакция, если ∆H<0, ∆S>0; ∆H<0, ∆S<0; ∆H>0, ∆S>0; ∆H>0, ∆S<0.

42. Как определяют равновесную температуру процесса?

43. Что называют энергия Гиббса реакции ∆G_р? Стандартной энергией Гиббса реакции?

44. Какое выражение применимо для расчета ∆G_р реакции 4NH_3(г) + 5O_2(г) 4NO_(г) + 6H₂О_(ж)

∆G_р = ∆G⁴ + ∆G⁵ + ∆G⁴ + ∆G⁶ ; ∆G_р = ∆G + ∆G + ∆G + ∆G ;

∆G_р = 4∆G + 5∆G - 4∆G - 6∆G ; ∆G_р = 4∆G + 6∆G - 4∆G - 5∆G ?

45. Для реакции HNO_3(ж) + HNO_2(ж) 2NO_2(г) + H₂O_(ж) рассчитайте стандартную энергию Гиббса (кДж), если известны стандартные энергии Гиббса образования веществ:

Вещество	NO2	H2O	HNO3	HNO2
∆G0, кДж/моль	51,5	-237,2	-80,8	-55,6

46. Для реакции Fe_(тв) + Al₂O_3(тв) → Al_(тв) + Fe₂O_3(тв) определите равновесную температуру и возможность протекания процесса при 125⁰С, если ∆Н = 853,8 кДж/моль; ∆S = 37,68 Дж/моль·K.

47. Что понимают под скоростью химической реакции?

48. Сформулируйте закон действующих масс.

49. За 40 с в результате двух реакций Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂ (1) и Zn + 2HBr = ZnBr₂ + H₂ (2) образовалось по 8 г хлорида и бромида цинка. Сравните скорости реакций.

50. Если в реакции 3Fe(NO₃)_2(р-р) + 4HNO₃ = 3Fe(NO₃)_3(р-р) + NO_(г) + 2H₂O_(ж) концентрацию Fe(NO₃)₂ увеличить в 7 раза, а концентрацию HNO₃ в 4 раза, то как изменится скорость реакции?

51. Составьте кинетическое уравнение реакции Sb₂S_3(тв) + 3Н_2(г) 2Sb_(тв) + 3H₂S_(г).

52. Как определяется скорость многостадийной реакции?

53. Как изменится скорость прямой реакции СО_(г) + 3Н_2(г) СН_4(г) + Н₂О_(г) при увеличении давления системы в 3 раза?

54. Что называют константой скорость? От чего она зависит?

55. Что называют энергией активации? От чего она зависит?

56. Константа скорости некоторой реакции при температуре 310 К равна 4,6∙10^-5 л·моль^-1·с^-1, а при температуре 330 К 6,8∙10^-5 л·моль^-1·с^-1. Чему равна энергия активации равна?

57. Энергия активации некоторой реакции равна 250 кДж/моль. Как изменится константа скорости при изменении температуры проведения реакции от 320 К до 340 К?

58. Запишите уравнение Аррениуса и правило Вант-Гоффа.

59. Энергия активации реакции (1) равна 150 кДж/моль, энергия активации реакции (2) равна 176 кДж/моль. Сравните константы скорости k₁ и k₂.

60. Чем объяснить повышение скорости реакции с повышением температуры?

61. Что называют температурным коэффициентом реакции?

62. Чему равен температурный коэффициент реакции, если константа скорости некоторой реакции при 283 и 308 К составляет соответственно 1,77 и 7,56 л·моль^-1·с^-1?

63. При температуре 350 К реакция закончилась за 3 с, а при температуре 330 К – за 28 с. За какое время она закончится при температуре 310 К?

64. Как влияет энергия активации на температурный коэффициент реакции?

65. Что называют катализатором? Ингибитором? Промотором? Каталитическим ядом?

66. Что называют химическим равновесием? До каких пор в системе сохраняется равновесное состояние?

67. Как связаны скорости прямой и обратной реакций в момент равновесия?

68. Что называют константой равновесия? От чего она зависит?

69. Выразите константу равновесия реакций 2NO + O₂ ↔ 2NO₂; Sb₂S_3(тв) + 3Н₂ ↔ 2Sb_(тв) + 3Н₂S_(г).

70. При некоторой температуре константа равновесия реакции N₂O₄ ↔ 2NO₂ равна 0,16. В исходном состоянии NO₂ не было, а равновесная концентрация NO₂ составила 0,08 моль/л. Чему будут равны равновесная и исходная концентрация N₂O₄?

71. Сформулируйте принцип Ле Шателье. Как влияют на смешение равновесия изменение температуры, концентрации, общего давления?

72. Химическое динамическое равновесие в системе установилось при 1000 К и давлении 1 атм., когда в результате реакции Fe_(тв) + СО_2(г) ↔ FeO_(тв) + СО_(г) парциальное давление углекислого газа стало равно 0,54 атм. Чему равна константа равновесия К_р этой реакции?

73. Равновесные концентрации (моль/л) компонентов газофазной системы, в которой происходила реакция

3N₂H₄ ↔ 4NH₃ + N₂, равны: [N₂H₄]=0,2; [NH₃]=0,4; [N₂]=0,25. Чему равна константа равновесия обратимой

реакции?

74. Равновесные концентрации (моль/л) компонентов газофазной системы, в которой происходит реакция

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃, равны: [N₂]=0,12; [H₂]=0,14; [NН₃]=0,1. Определите исходные концентрации N₂ и H₂.

75. Равновесные концентрации компонентов газовой фазы системы, в которой происходит реакция

С_(тв) + СО₂ ↔ 2СО при 1000 К и Р_общ = 1 атм., равны CО₂ - 17% об. и СО - 83% об. Чему равна константа

равновесия реакции?

76. Константа равновесия К_с обратимой газофазной реакции СН₄ + Н₂О ↔ СО + 3Н₂ при некоторой температуре равна 9,54 моль²·л^-2. Равновесные концентрации метана и воды равны соответственно 0,2 моль/л и 0,4 моль/л. Определите равновесные концентрации СО и Н₂.

77. Запишите взаимосвязь константы равновесия К_р и энергии Гиббса ∆G обратимой реакции, протекающей в изотермических условиях.

78. Определите константа равновесия К_р газофазной обратимой реакции COCl₂ ↔ CO + Cl₂; ∆H⁰ = 109,78 кДж,

∆S⁰ = 136,62 Дж/К при 900 К.

79. Константа равновесия К_р газофазной реакции PCl₃ + Cl₂ ↔ PCl₅; ∆Н⁰ = -87,87 кДж при 450 К равна 40,29 атм^-1. Определите энергия Гиббса этого процесса (Дж/К).

80. Запишите связь между К_р и К_с обратимой газофазной реакции 2СО + 2Н₂ ↔ СН₄ + СО₂.