РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ “ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕРМОХИМИЯ” (для нехимических специальностей)

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ “ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕРМОХИМИЯ” (для нехимических специальностей)

1. Рассчитайте ΔH^o₂₉₈ химической реакции Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т)
по значениям стандартных теплот образования веществ (, см. таблицу 1 приложения). Укажите типреакци (экзо- или эндотермическая).

Решение

По данным таблицы 1 приложения, стандартные энтальпии образования Na₂O(т), H₂O(ж) и NaOH(т) при 298К равны соответственно –416, –286 и –427,8 кДж/моль. Используя следствие из закона Гесса, рассчитываем ΔH^o₂₉₈ химической реакции:

ΔH^o₂₉₈ = 2(NaOH,т) – [(Na₂O,т) + (H₂O,ж)] = 2·(– 427,8) –
– [–416 + (–286)] = –153,6 кДж.

Ответ: –153,6 кДж.

2. Определите, как изменяется энтропия при протекании химического процесса Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т).

Решение.

В данном процессе при взаимодействии 1 моль кристаллического и 1 моль жидкого вещества образуется 2 моль кристаллического вещества. Следовательно, система переходит в состояние с меньшим беспорядком, и энтропия уменьшается (ΔS< 0).

Ответ: уменьшается.

3. Рассчитайте величину ΔS^o₂₉₈для процесса
Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т), используя значения стандартных энтропий веществ (см. таблицу 1 приложения).

Решение.

Используя справочные данные: S^o(NaOH,т) = 64,16 Дж/(моль·К),
S^o(Na₂O,т) = 75,5 Дж/(моль·К), S^o(H₂O,ж) = 70 Дж/(моль·К), рассчитываем ΔS^o₂₉₈:

ΔS^o₂₉₈ = 2·S^o(NaOH,т) – [S^o(Na₂O,т) + S^o(H₂O,ж)] = 2·64,16 – (75,5 + 70) =
= – 17,18 Дж/К.

Ответ: –17,18 Дж/К.

4. Рассчитайте изменение энергии Гиббса (ΔG^o₂₉₈) для процесса
Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т) по значениям стандартных энергий Гиббса образования веществ (см. таблицу 1 приложения). Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и 298К ?

Решение:

При стандартных условиях и T=298К ΔG^o₂₉₈ можно рассчитать как разность суммарной энергии Гиббса образования продуктов реакции и суммарной энергии Гиббса образования исходных веществ. Необходимые справочные данные: (NaOH,т)= –381,1 кДж/моль, (Na₂O)= –378 кДж/моль, (H₂O,ж) = –237 кДж/моль.

ΔG^o₂₉₈ = 2·(NaOH,т) – [(Na₂O,т) + (H₂O,ж)] = 2·(–381,1) –
– [–378 + (–237)] = –147,2 кДж.

Значение ΔG^o₂₉₈ отрицательно, поэтому самопроизвольное протекание реакции возможно.

Ответ: –147,2 кДж; возможно.

5. Определите, возможно ли при 95^oС самопроизвольное протекание процесса Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т). Ответ обоснуйте, рассчитав величину изменения энергии Гиббса приданной температуре.

Решение:

Переведем температуру в шкалу Кельвина: Т=273+95=368К. Для расчета ΔG^o₃₆₈ воспользуемся уравнением:

ΔG^o₃₆₈=ΔH^o – TΔS^o

Воспользуемся изменениями энтальпии и энтропии, рассчитанными для данного процесса в предыдущих задачах. При этом величину изменения энтропии необходимо перевести из Дж/К в кДж/К, поскольку значения ΔH и ΔG обычно измеряют в кДж.

–17,18 Дж/К = –0,01718 кДж/К

ΔG^o₃₆₈ = –153,6 – 368·(–0,01718) = –147,3 кДж.

Таким образом, ΔG^o₃₆₈< 0, поэтому самопроизвольное протекание данного процесса при 95^oС возможно.

Ответ: –147,3 кДж; возможно.

6. Составьте термохимическое уравнение реакции взаимодействия Na₂O(т) и H₂O(ж), если при этом образуется 1 моль NaOH(т). В ответе приведите количество теплоты, указанное в термохимическом уравнении.

Решение:

Коэффициенты в термохимическом уравнении имеют смысл молей. Поэтому допустимы дробные значения коэффициентов. 1 моль гидроксида натрия может образоваться из 1/2 моля оксида натрия и 1/2 моля воды. В задании 1 (см. выше) рассчитано, что при образовании 2 моль NaOH в данной реакции выделяется 153,6 кДж теплоты (ΔH^o₂₉₈= –153,6 кДж). Поэтому при образовании 1 моль NaOH количество выделившейся теплоты будет в 2 раза меньше, т.е. 76,8 кДж. В термохимическом уравнении количество выделяющейся теплоты указывают со знаком “плюс”: 1/2 Na₂O(т) + 1/2 H₂O(ж) → NaOH(т) + 76,8 кДж.

Ответ: +76,8 кДж.