double arrow

Типовые задачи по теме 2



2.1. Определить теплоту, которую отдадут 100 кг паров метанола при охлаждении от 200 до 100 оС при нормальном давлении.

2.2. Определить среднюю молярную теплоемкость водорода в интервале 400-500оС, если

СрН2 = 27,28 + 3,26×10-3×Т + 0,502×105×Т-2.

2.3. Рассчитать изменение внутренней энергии при испарении 20 г этилового спирта при температуре его кипения, если удельная теплота парообразования этилового спирта 858,95 Дж/г, а удельный объем пара 607 см3/г (объемом жидкости пренебречь)

2.4. Рассчитать энтальпию 100 кг жидкого алюминия при 800, если а)скрытая теплота плавления алюминия Lпл=361 кДж/кг; б)массовая теплоемкость жидкого алюминия сж=1,19 кДж/(кг×К); в)Тпл алюминия 659оС; г)истинная массовая теплоемкость твердого алюминия в интервале от 0 до 659оС

ств = 0,887 + 5,18×10-4Т

2.5. Воспользовавшись значениями энтальпий, взятых из справочника, определить количество теплоты, отданное при охлаждении 100 кг водяных паров от 500 до 100оС при нормальном давлении.

2.6. Определить теплоту сгорания этилена

С2Н4 + 3О2 = 2СО2 + 2Н2О(ж),

исходя из следующих данных

2С(гр) + 2Н2 = С2Н4       DНо = 62,01 кДж/моль

С(гр) + О2 = СО            DНо = -393,9 кДж/моль




Н2 + 1/2О2 = Н2О(ж)       DНо = -284,9 кДж/моль.

2.7. Рассчитать тепловой эффект сгорания диэтилового эфира (С2Н5)2О по энергиям разрыва связей при 298 К. Теплота испарения эфира Lисп((С2Н5)2О)=26,2 кДж/моль, а теплота испарения воды Lисп2О)=44,0 кДж/моль.

2.8. Какое количество теплоты выделится при растворении 200 г моногидрата H2SO4 в 350 см3 воды.

Расчеты ведут с использованием уравнения

раств = (срm + скал)DТМ/g,

где m - масса раствора, m=G+g;

   g - масса исследуемого вещества;

   G - масса растворителя;

   ср, скал - теплоемкости раствора и калориметра;

   DТ - изменение температуры раствора при растворении

   М - молярная масса растворяемого вещества.

Для вычисления теплоты растворения 1 моль минеральной кислоты в n моль воды пользуются эмпирическими формулами:

а) HCl + (n+1)H2O     DHраств(НCl) = 50,1n/(n+1) - 22,5 кДж/моль

б) H2SO4 + nH2O     DHраств(H2SO4) = 78,8n/(n+1,7983) кДж/моль

в) HNO3 + nH2O       DHраств(HNO3) = 37,6n/(n+1,737) кДж/моль

2.9. Рассчитать тепловой эффект реакции при 600 оС, протекающей по уравнению

СО + Н2О(пар) = СО2 + Н2

используя температурные зависимости теплоемкостей реагирующих веществ (Дж/(моль×К)):

ср(СО) = 28,41 + 4,10×10-3 Т - 0,46×105Т-2 

ср2О) = 30,00 + 10,71×10-3 Т - 0,33×105Т-2 

ср(СО2) = 44,14 + 9,04×10-3 Т - 8,53×105Т-2 

ср2) = 27,28 + 3,26×10-3 Т - 0,502×105Т-2 



2.10. При охлаждении 12 л кислорода от 200 до -40 оС одновременно повышается давление от 105 до 6×106 Па. Рассчитать изменение энтропии, если ср2) = 29,2 Дж/(моль×К) . Считать кислород идеальным газом.

2.11. Определить изменение энтропии DS при нагревании 30 г ледяной уксусной кислоты от температуры плавления до 60 оС. Т.пл. уксусной кислоты 16,6 оС, удельная теплота плавления 194 Дж/г. Массовая теплоемкость уксусной кислоты в пределах 0 - 80 оС выражается формулой с = 1,96 + 0,0039×Т Дж/(г×К).

2.12. В сосуде емкостью 200 л находится воздух при давлении 5×106 Па и температуре 20 оС. Параметры внешней среды: р = 105 Па, tо = 20оС. Определить максимальную полезную работу, которую может произвести сжатый воздух, находящийся в сосуде.

Примеры решения типовых задач по теме 2

2.13. Определить тепловой эффект реакции

СН2(ОН)-СН2(ОН)(ж) ® СН3-СНО(г) + Н2О(ж) + DНх

при стандартных условиях.

Решение

Тепловой эффект реакции при постоянном давлении равен изменению энтальпии.

Изменение энтальпии можно определить с использованием энтальпий образования или энтальпий сгорания веществ. В данном случае расчеты удобнее производить по энтальпиям сгорания. В справочнике, например, "Краткий справочник физико-химических величин" / под ред. К.П.Мищенко и А.А.Равделя. М.-Л., Химия, 1974, находим значения энтальпий сгорания всех реагирующих веществ и продуктов реакции до высших оксидов

 СН2(ОН)-СН2(ОН)(ж) + 5/2О2 ® 2СО2(г) + 3Н2О(ж) + DН1

СН3-СНО(г) + 5/2О2 ® 2СО2(г) + 2Н2О(ж) + DН2

Энтальпия сгорания воды равна нулю, так как вода является высшим оксидом.

1 = -1192,9 кДж/моль;  DН2 = -1192,4 кДж/моль

По закону Гесса

х = DН1 - DН2 = -1192,9 + 1192,4 = -0,5 кДж/моль

2.14. Определить тепловой эффект реакции, протекающей в газовой фазе,

(СН3)2СО + СНºСН ® (СН3)2С(ОН)СºСН + DНх

при стандартных условиях.

Решение

В данном случае воспользоваться следствиями из закона Гесса затруднительно, так как в доступных справочниках отсутствуют сведения об энтальпиях образования и сгорания продукта реакции. Поэтому воспользуемся данными об энергиях разрыва связей, отнесенным к 1 моль.

Энергия связи(e) Значения энергий связи, кДж/моль
С-Н 358,2
С=О в кетонах 652,7
С-О в спиртах 313,8
С-С 262,8
СºС 536,4
О-Н 418,4

х=(8e(С-Н)+2e(С-С)+1e(С=О)+1e(СºС))-7e(С-Н)-3e(С-С)-1e(С-О)-

    -1e(О-Н)-1e(СºС) =

    = e(С-Н)-e(С-С)-e(О-Н)+e(С=О)-e(С-О) =

    = 358,2 - 262,8 - 418,4 + 652,7 - 313,8 = 15,9 кДж/моль.

2.15. Выразить уравнением зависимость энтальпии химической реакции

        СН3ОН(г) + 3/2О2 = СО2 + 2Н2О(г)

от температуры, определить тепловой эффект этой реакции при температуре 500 К и нормальном давлении.

Решение

Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры выражается уравнением закона Кирхгоффа (34), (35)

                                             T  

                        DHT = DHT1 + ò DсpdT,                                           (35)

                                             T1                      

Если принять, что  p не зависит от температуры (в узком температурном интервале это не связано с большой погрешностью), то Dсp выносим за знак интеграла:

                                DHT = DHT1 +  p(T-Т1).

Для решения этого уравнения необходимо знать изменение энтальпии реакции при какой-либо температуре. На практике по следствию к закону Гесса рассчитывают изменение энтальпии при стандартных условиях (298 К). По справочнику находят DHообр  и Сp веществ, участвующих в реакции.

 

Вещество DHо298, кДж/моль Ср, Дж/(моль×К)
СО2 -393,51 37,129
Н2О -241,83 33,572
О2 0 29,372
СН3ОН -201,17 49,371

 

DHо298 = -393,51 - 2×241,83 + 201,17 = 676,00 кДж/моль

р = 37,129 + 2×33,572 - 49,371 - (3/2×29,372) = 10,844 Дж/(моль×К)

DHТ = -676000 + 10,844(Т-298) = -676000 - 3230 + 10,844Т =

   = -679230 + 10,844Т;

DH500 = -679230 + 10,844×500 = -679230 + 5422 = -673,81 кДж/моль.

Если необходимо более точное решение, то следует установить зависимость DСр = f(T). Обычно эта зависимость выражается эмпирическим уравнением в виде степенного ряда:

Ср = a + bT + cT2 + ...

2.16. Определить тепловой эффект химической реакции

        2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

при температуре 700 К и давлении 101325 Па.

Решение

Воспользуемся справочными данными (см.табл.)

Тепловой эффект плавления NaOH при 595 К равен 6,819 кДж/моль.

 

 

Вещество о298×10-3, Дж/моль

Теплоемкость, Дж/моль×К

Температурный интервал, К
    а b×10-3 c'×10-11  
NaOH(тв) -426,77 51,17 33,5 - 298-577
NaOH(ж) - 100,42 -22,84 - 595-1500
Na2CO3 -1130,94 60,58 163,25 - 298-723
CO2(г) -393,514 44,14 9,04 -8,54 298-2500
Н2О(г) -241,828 30,12 11,29 - 273-2000

 

При интегрировании в пределах температур 298-700 К необходимо учесть, что при 595 К происходит изменение агрегатного состояния NaOH. Поэтому интегрирование надо провести в пределах 298-595 К

р1 = Ср(Na2CO3) + Cp(H20г) -2Сp(NaOHт) -Cp(CO2),

затем прибавить DНпл и далее произвести интегрирование в пределах 595-700 К.

р2 = Ср(Na2CO3) + Cp(H20г) -2Сp(NaOHж) -Cp(CO2),

Уравнение для определения DН принимает вид:

                                           595                700  

                 DH700 = DH298 + ò Dсp1dT + DН + ò Dсp2dT .

                                           298                595                      

Для нахождения DH298 воспользуемся следствием из закона Гесса:

DH298 = (-1130,94 - 241,83 + 2×426,77 + 393,51)103 =

     = -125,72×103 Дж/моль.

p1dT =



Сейчас читают про: