Химическая кинетика и равновесие 4 страница

H₂O (г) + 1/3 O₃ (г) = H₂O₂ (г).

3.6. Вычислите DН (кДж/моль), DS (Дж/моль·К), DG (кДж/моль) для нижеуказанных реакций. Возможна ли реакция при Р = 1атм и Т = 298 К?

Определите температуру равновесия реакции и константы равновесия при 298 и 1000 К. О чем свидетельствуют значения Т_равн. и К_равн.?

Т а б л и ц а 3.7

Вариант	Уравнения реакций
	2CН3Cl (г) + 3O2 (г) = 2CO2 (г) + 2H2O (ж)+ 2HCl(г)
	CH4 (г) + 2O2 (г) = CO2 (г) + 2H2O (г)
	COCl2 (г) = CO (г) + Cl2 (г)
	CO (г) + H2O (г) = CO2 (г) + H2 (г)
	2H2S (г) + 3O2 = 2H2O (ж) + 2SO2 (г)
	2CH3OH (ж) + 3O2 (г) = 4H2O (ж) + 2CO2 (г)
	4HCl (г) + O2 (г) = 2Cl2 (г) + 2H2O (г)
	CaCO3 (к) + HCl (ж) = CaCl2 (ж) + CO2 (г)+ Н2О(ж)
	FеО (к) + Н2 (г) = Fе (к) + Н2О (г)
	3Fе2О3 (к) + Н2 (г) = 2Fе3O4 (к) + Н2О (г)
	Fе2О3 (к) + 3Н2 (г) = 2Fе (к) + 3Н2О (г)
	Fе3О4 (к) + 4Н2 (г) = 3Fе (к) + 4Н2О (г)
	Fе3О4 (к) + Н2 (г) = 3FеО (к) + Н2О (г)
	СО (г) + 2Н2 (г) = СН3ОН (г)
	СО(г) + 3Н2 (г) = СН4 (г) + Н2О (г)
1’	2NH3 (г) = N2H4 (г) + H2 (г)
2’	MgО (к) + H2 (г) = Mg (к) + H2O (ж)
3’	C + 2 N2O = CO2 + 2 N2
4’	4NH3 (г) + 3O2 (г) = 2N2 (г) +6H2O (ж)
5’	SO2 (г) + CO2 (г) = SO3 (г) + CO (г)
6’	4NH3 (г) + 5O2 (г) = 4NO (г) + 6H2O (г)
7’	2Cl2 (г) + O2 (г) = 2Cl2O (г)
8’	2ZnS (к) + 3O2 (г) = 2ZnO (к) + 2SO2 (г)
9’	CaO (к) + 3C (граф) = CaC2 (к) + CO (г)
10’	CH4 (г) + Cl2 (г) = CH3Cl (г) + HCl (г)
11’	H2S (г) + Cl2 (г) = 2HCl (г) + S (к)
12’	H2S (г) + I2 (г) = 2HI (г) + S (к)
13’	PCl5 (г) = PCl3 (г) + Cl2 (г)
14’	Al2O3 (к) + 3SO3 (г) = Al2(SO4)3 (к)
15’	2H2S (г) + O2 (г) = 2H2O (г) + 2S (к)

3.7. Установите, к какому типу термодинамических систем относятся следующие системы: а) термос со льдом; б) грелка с горячей водой; в) пробирка, в которой протекает реакция: Na₂CO₃(г) + H₂SO₄(ж) = 2NaHSO₄(т) + CO₂(г) + Н₂О(ж); г) запаянная ампула с аргоном; д) стеклянный сосуд, в котором протекает реакция нейтрализации: Н⁺(р) + ОН (р) = Н₂О(ж) + 55,84 кДж.

3.8. Из набора простых веществ: О₃(г); С(алмаз); Hg(тв); Na(тв); Р₄(белый); О₂(г); Hg(г); Р(красный); Mg(ж); Hg(тв); Br₂(ж); I₂(г); Ar(тв); С(граф); Br₂(г); Mg(тв); I₂(тв) укажите вещества, для которых ΔH = 0.

3.9. ΔH (кДж/моль) простых веществ в трех различных агре-гатных состояниях равны: для К + 89; 0; +2; для I₂ +62; +22; 0; для Li 0; +161; +2. Укажите агрегатное состояние вещества, соответ-ствующее этим значениям.

3.10. Укажите, какие из фазовых переходов будут экзотермическими, какие – эндотермическими: 1) Hg(ж); 2) Na(тв)= = Na(ж); 3) I₂(г) = I₂(тв); 4) C(графит) = C(алмаз); 5) Br₂(г) = Br₂(ж); 6) S(ромб) = S(г).

3.11. Определите не проводя расчетов, какой из следующих реакций соответствует ΔH жидкой H₂SO₄:

1) H₂SO₄ (г) = H₂SO₄ (ж) DH = – 70 кДж;

2) H₂SO₄· Н₂О(ж) = H₂SO₄(ж) + Н₂О(ж) DH = +28 кДж;

3) Н₂О(г) + SO₃(г) = H₂SO₄(ж) DH = – 176 кДж;

4) Н₂(г) + 2О₂(г) + S(тв) = H₂SO₄(ж) DH = – 814 кДж;

5) Н₂(г) + 2О₂(г) + S(г) = H₂SO₄(ж) DH = – 1093 кДж;

6) Н₂(г) + SO₂(г) + О₂(г) = H₂SO₄(ж) DH = – 517 кДж.

3.12. В каком из следующих процессов должно обнаруживаться наибольшее положительное изменение энтропии?

1) 1 моль СН₃ОН(тв) 1 моль СН₃ОН(г);

2) 1 моль СН₃ОН(тв) 1 моль СН₃ОН(ж);

3) ½ моля О₂(г) + 2 моля Na(тв) 1 моль Na₂O(г);

4) 1 моль ХеО₄(тв) 1 моль Хе(г) + 2 моля О₂(г).

3.13. При взаимодействии 40 мл 2 М раствора HCl с таким же количеством 2 М раствора NaOH температура реакционной смеси увеличилась на 13,7 К. Вычислите , если удельная теплоем-кость воды равна 4,18 Дж/(г·К).

3.14. Определите более устойчивую степень окисления Pb и S по значениям реакций:

PbO₂(тв) + Pb = 2PbO;

2SO₂(тв) + О₂(г) = 2SO₃(тв).

3.15. Укажите, какой оксид (Al₂O₃ или Tl₂O₃) обладает более основными свойствами:

Al₂O₃(тв) + 3SO₃(г) = Al₂(SO₄)₃(тв), ΔG = – 405 кДж/моль;

Tl₂O₃(тв) + 3SO₃(г) = Tl₂(SO₄)₃(тв), ΔG = – 442 кДж/моль;

3.16. Для резки и сварки металлов используют высокотемпературное пламя ацетилено-кислородных горелок. Можно ли для этих же целей использовать пламя метано-кислородной горелки? Рассчитайте, в какой из двух типов горелок и во сколько раз выделится больше теплоты при сгорании одинаковых объемов ацетилена и метана.

3.17. Термит (смесь Al и Fe₃O₄) используют для сварки металлических изделий, поскольку при сжигании термита выделяется большое количество тепла. Рассчитайте минимальную массу смеси, которую нужно взять, чтобы выделилось 665,3 кДж теплоты в процессе алюмотермии.

3.18. При сжигании паров этанола в кислороде выделилось 494,2 кДж теплоты и осталось 19,7 л непрореагировавшего кислорода (измерено в стандартных условиях). Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси.

3.19. Найдите теплоту, работу, изменение внутренней энергии и энтальпии при испарении 6 г толуола. Температура кипения толуола равна 383 К, а удельная теплота испарения –33,6 кДж/моль (пар считать идеальным газом).

3.20. 100 г бензола испаряется при температуре кипения (353,36 К) и давлении 1,013 Н/м². Теплота испарения 396,48 Дж/г. Рассчитайте работу расширения, теплоту процесса и изменение внутренней энергии.

3.21. Стандартные энтальпии сгорания циклопропана (газ), графита и водорода равны 2092,8; 393,8; 285,3 кДж/моль (до образования жидкой воды). Энтальпия образования пропилена из элементов равна 20,4 кДж/моль. Найдите стандартную энтальпию образования циклопропана и энтальпию изомеризации циклопропана в пропилен.

3.22. Вычислите изменение энтропии, соответствующее превращению 1 г Н₂О в лед при 0 ^оС (ΔH = 605 Дж/моль).

3.23. Теплота плавления льда при 0 ^оС равна 333,5 Дж/г. Удельная теплоемкость воды равна 4,18 Дж/(г·К). Удельная теплоемкость льда равна 2,01 Дж/(г·К). Найдите ΔG, ΔH, ΔS для процесса превращения 1 моль переохлажденной воды при –5 ^оС в лед.

3.24. Рассчитайте тепловой эффект реакции:

СН₄(г) + Cl₂(г) = СН₃Cl(г) + HCl(г),

если известны тепловые эффекты реакций:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О DH = – 892,0 кДж;

2СH₃Сl(г) + 3О₂(г) = 2СО₂(г) + 2Н₂О(ж) + 2HCl DH = – 1374 кДж;

2Н₂(г) + О₂(г) = 2Н₂О(ж) DH = – 571,7 кДж;

Н₂(г) + Cl₂(г) = 2HCl(г) DH = – 814 кДж.

3.25. Вычислите тепловой эффект реакции, термодинамическое уравнение которой имеет вид 2С + 3Н₂ = С₂Н₆ + DH_х, исходя из следующих данных:

С₂Н₆(г) + 3,5О₂(г) = 2СО₂(г) + 3Н₂О(ж) DH = - 1559,87 кДж;

С(граф) + О₂(г) = 2СО₂(г) DH = - 393,51 кДж;

Н₂(г) + 0,5О₂(г) = Н₂О(ж) DH = - 285,84 кДж.

3.26. Теплоты растворения сульфата меди CuSO₄ и медного ку-пороса CuSO₄·5Н₂О соответственно равны –66,11 кДж и +11,72 кДж. Вычислите теплоту гидратации CuSO₄.

3.27. Молярная энтропия водорода при 298 К и Р = 1,013 Н/м² равна 130,76 Дж/моль. Найдите изменение DS при нагревании 1 моль Н₂ при Р_атм от 298 до 373 К. Молярная теплоемкость водорода равна 28,89 Дж/моль.

3.28. Вычислите изменение энтропии при нагревании 16 кг О₂ от 273 до 373 К: а) при постоянном объеме; б) при постоянном давлении. Кислород считать идеальным газом.

3.29. Вычислите изменение внутренней энергии при испарении 10 г воды при 293 К, приняв, что пары воды подчиняются законам идеальных газов и что объем жидкости незначителен по сравнению с объемом пара. Теплота парообразования воды λ= 2451,8 Дж/г.

3.30. Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:

Са(к) + 0,5О₂(г) = СаО(к) DH = – 635,60 кДж;

Н₂(г) + 0,5О₂(г) = Н₂О(ж) DH = – 285,84 кДж;

СаО(к) + Н₂О(ж) = Са(ОН)₂(к) DH = – 65,06 кДж.

3.31. Определите энтальпию реакции Са(тв) + С(гр) + N₂(г) = = СаСN₂(г), если известны тепловые эффекты реакций:

Са(тв) + С(гр) + 3/2О₂(г) = СаСО₃(тв) DH = – 119 кДж/моль;

1/2N₂(г) + 3/2H₂(г) = NH₃(г) DH = – 46 кДж/моль;

H₂(г) + 1/2O₂(г) = H₂O(г) DH = – 243 кДж/моль.

3.32. Какое количество продуктов необходимо употребить в день при определенном массовом соотношении, чтобы удовлетворить суточную энергетическую потребность организма? (Для расчетов пользуйтесь таблицей калорийности пищевых продуктов, значения которой приведены в ккал/100 г). Суточная норма в ккал студентов: мужчины – 3300 ккал/сут, женщины – 2800 ккал/сут.

Т а б л и ц а 3.8

Вариант	Продукты	Массовое соотношение продуктов
	Картофельное пюре : говядина фарш : шпинат : сыр голландский : хлеб белый	4:1:2:1:2
	Баклажаны : баранина грудинка : салат : сыр рокфор : хлеб ржаной	5:2:3:2:2
	Макароны : камбала : редис : грецкие орехи : апельсины	4:1:3:2:3
	Картофель фри : судак : брюссельская капуста : орехи фундук : брусника	5:2:3:1:4
	Кабачки: телятина грудинка: сельдерей: сгущенное молоко с сахаром: хлеб ржаной	3:2:2:1:2
	Картофельные клецки: окунь: спаржа: орехи миндаль: йогурт 3,5 %	3:1:3:1:3
	Овсяная каша: щука: маслята: масло сливочное: булочка	4:2:2:1:3
	Шлифованный рис : ветчина : салат цикорий: сыр с грибами : бананы	5:2:2:3:4
	Крупа гречневая: курица: фасоль стручковая: сыр швейцарский: абрикосы	3:2:3:1:4
	Крупа манная: гусь: кольраби: орехи фисташки: земляника	2:2:3:1:4
Окончание табл. 3.4
	Фасоль: утка: перец сладкий: сливки 20 % жирности: персики	2:3:3:2:5
	Горох: свинина шейка: щавель: кефир жирный: чернослив	3:1:4:2:2
	Кукурузные хлопья: свинина отбивная на косточке: каштаны: овечий сыр: слива свежая	4:2:2:1:3
	Мюсли: индейка: зеленый горошек: плавленый сыр: клюква	5:2:3:3:6
	Макаронные изделия: говядина нежирное жаркое: ревень: сыр пармезан: ананас	3:2:3:2:4
1’	Картофельне клецки: олений окорок: огурцы свежие: cметана 25 % жирности: грейпфрут	3:2:2:1:2
2’	Картофельное пюре: говядина печень: фенхель: сырковая масса: дыня	3:1:3:1:3
3’	Рис шлифованный: телятина спинная часть: красная капуста: йогурт 1,5 %: дыня	3:2:3:1:4
4’	Репа: заяц: брокколи: простокваша обезжиренная: киви	2:2:3:1:4
5’	Перловая каша: окорок кабана: корни сельдерея: орехи грецкие: крыжовник	2:3:3:2:5
6’	Пшенная каша: сардельки: белая фасоль: напиток из какао: смородина красная	3:1:4:2:2
7’	Хлеб ржаной: сосиски: савойская капуста: сыр российский: смородина черная	3:2:3:2:4
8’	Фасоль: вяленое мясо: кольраби: творог 20 % жирности: арбуз	4:2:2:1:3
9’	Картофель фри: сервелат: редька: орехи фундук: урюк	5:2:3:3:6
10’	Макаронные изделия : салями : клюква : сыр рокфор : изюм	4:2:2:1:3
11’	Картофельное пюре: сало: белый гриб: творог нежирный: виноград свежий	5:2:2:3:4
12’	Тыква: языковая колбаса: цуккини: молоко цельное: груша	4:1:2:1:2
13’	Рис: колбаса любительская: томаты: орехи миндаль: абрикосы	5:2:3:2:2
14’	Салат: фазан: брокколи: йогурт 3,5 %: рябина	4:1:3:2:3
15’	Тыква: свинина шницель: фасоль стручковая: сыр честер: черешня	5:2:3:1:4

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ