Ответ: теплота образования метанола равна 153,57 кДж/моль

Задание 160. Определите, при какой температуре начинается реакция восстановления оксида кальция углем:

СаО + 3С = СаС₂ + СО.

Решение. Используем табличные данные:

Вещество	DН0 обр., кДж/моль	S0, Дж/моль×К	DG0, кДж/моль
С (графит)		5,7
СО (г)	- 110,5	197,5	- 137,1
СаО (кр)	- 635,5	39,7	- 604,2
СаС2 (кр)	- 62,8	70,2	- 67,8

СаО + 3С = СаС₂ + СО. Рассчитаем стандартное изменение энтальпии реакции: = å(n )– å(m ) = + (-110,5) –(- 635,5)= =462,2 кДж , 0 – эндотермическая реакция. Рассчитаем стандартное изменение энтропии реакции:

=å(n ) – å (m )= (197,5+70,2) – (39,7+3 5,7) =210,9 10^-3Дж/К

Рассчитаем стандартное изменение энергии Гиббса реакции:

= – = )= 462,2 –298×(210,9 10^-3) = 399,35 кДж.

0, при Т = 298 К прямая реакция не возможна.

Определим температуру, при которой устанавливается химическое равновесие. Если пренебречь зависимостями и DS от температуры и считать их постоянными, можно рассчитать энергию Гиббса при нестандартной температуре Т:

DG=DН – Т×DS » – = – = 0

Т = =462,2 /210,9 10^-3= 2191,6 К

Ответ: При нормальных условиях реакция невозможна. Данная реакция начнется при температуре 2079,2 К.

Задание 210. В каком направлении произойдет смещение равновесия в системе: CO_(г) + Cl_2(г)«COCl_2(г), если а) увеличить объем системы, б) увеличить концентрацию СО?

Ответ.

Направление смещения химического равновесия определяется принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, путем изменения давления, объема, температуры, концентрации, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет внешнее воздействие.

а) Понижение давления (расширение системы) в сторону веществ, занимающих больший объем, то есть в нашем случае в сторону обратной реакции( в сторону исходных веществ); б) увеличение концентрации исходных веществ увеличивают выход продуктов реакции (сдвигают равновесие в сторону прямой реакции).

Задание185. Вычислить, во сколько раз изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе,

N₂ + 3H₂ = 2NH₃, если

а) давление системы уменьшить в 2 раза;

б) увеличить концентрацию водорода в 3 раза?

Ответ. Используем закон действия масс: скорость элементарной химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

а)Согласно условию при уменьшении давления в два раза, концентрация реагирующих веществ также уменьшится в 2 раза. Запишем выражение скорости реакции по начальным данным и после повышения концентрации:

k c(N₂) c(H₂)³, после уменьшения концентрации

k c(N₂) c(H₂)³/2³, тогда скорость реакции уменьшится

v₁=k 4c(CO) 4c(Cl₂),тогда скорость реакции уменьшится = 2³ = 16 раз.

Б) при увеличении концентрации водорода в 3 раза: k c(N₂) c(H₂)³ 3³, найдем соотношение скоростей реакции / раз.

Ответ: а) при уменьшении давления в системе в 2 раза, скорость реакции уменьшится в 16 раз; при увеличении концентрации водорода в 3 раза, скорость реакции увеличится в 81 раз.

Задание 235. Составьте схему элемента с концентрацией ионов серебра 10^-2 моль/л у одного электрода и 10^-4 моль/л у другого электрода. Укажите, какой из электродов будет катодом, а какой – анодом, как называется этот элемент. Рассчитайте электродвижущую силу элемента.

Ответ.

Дано:

С₁(AgNO₃)=0,01М

С₂(AgNO₃)=0,0001М

ЭДС-?

По условию имеем концентрационный гальванический элемент.

Концентрационный элемент – это гальванический элемент, состоящий из двух одинаковых металлических электродов, опущенных в растворы соли этого металла с различными активностями (концентрациями) а₁ > а₂. Катодом в этом случае будет являться электрод с большей концентрацией. Т.к. стандартные электродные потенциалы обоих электродов равны, для ЭДС концентрационного гальванического элемента получаем для ЭДС из уравнения Нернста Е = (RT/zF)•ln(a₁/a₂),где R - универсальная газовая постоянная, Т - температура, в К, z - заряд катиона металла, F - число Фарадея.

Иногда различием в активностях и концентрациях пренебрегают, тогда вместо а₁ и а₂ подставляем концентрации С₁ и С₂.

Таким образом, подставляя Т=298 К, величины констант, и переведя натуральный логарифм в десятичный, получаем для ЭДС

ЭДС = (2,3•8,31•298/1•96500)•lg(0,01/0,0001) = 0,118 В

Схема концентрационного свинцового гальванического элемента:

А(-)Аg | Аg ⁺ (0,001 M) || Аg ⁺ (0,01 M)| Аg (+)K

Схема электродных процессов:

А: Аg⁰ – ē = Аg⁺ |1| - окисление

К: Аg⁺ + ē = Аg⁰ |1| - восстановление

Можно решить и следующим образом:

Определим потенциал серебряного анода по уравнению Нернста:

E(анод) = E⁰(Аg⁺/Аg) + (0,059/1) lg[Аg⁺] = 0,80 + (0,059/1) lg(0,0001) = 0,564 B

Определим потенциал серебряного катода по уравнению Нернста:

E(катод) = 0,8 + (0,059/1) lg(0,01) = 0,682B

ЭДС гальванического элемента:

ЭДС = E(катод) - E(анод) = 0,682 - 0,564 = 0,118 В

Электроны перемещаются от анода С₂(AgNO₃)=0,0001М к катоду С₁(AgNO₃)=0,01М.

Ответ: 0,118В.