Домашние задания по общей и неорганической химии 9 страница

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. ()