|
10. Энергетика химических процессов.
|
|
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 12:28 | Сообщение # 1 |
 Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 10. Энергетика химических процессов. Закон Гесса, расчет теплового эффекта, энтропия, энергия Гиббса.
Закон Гесса гласит:
Тепловой эффект химической реакции зависит от начального и конечного состояния веществ и не зависит от пути перехода.
Следствие:
Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты.
ΔHх.р. = ΣΔH0298(конечные) - ΣΔH0298(исходные)
10.1. Определение энтальпии реакции.
Задание.
Определить изменение энтальпии химической реакции и ее тепловой эффект.
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
Решение.
По справочнику определим энтальпии образования компонентов.
ΔH0(NaOH) = -426 кДж/моль.
ΔH0(H2SO4) = -813 кДж/моль.
ΔH0(H2O) = -285 кДж/моль.
ΔH0(Na2SO4) = -1387 кДж/моль.
По следствию из закона Гесса определим изменение энтальпии реакции:
ΔHх.р. = [ΔH(Na2SO4) + 2ΔH(H2O)] - [ΔH(H2SO4) + 2ΔH(NaOH)] =
= [-1387 + 2(-285)] - [-813 + 2(-426)] = - 1957 - (-1665) = - 292 кДж/моль.
Определим тепловой эффект:
Q = - ΔHх.р. = 292 кДж.
10.1.1.
Задание.
Гашение извести описывается уравнением: СаО + Н2О = Са(ОН)2.
ΔHх.р. = - 65 кДж/моль. Вычислить теплоту образования оксида кальция, если ΔH0(H2O) = -285 кДж/моль,
ΔH0(Ca(OH)2) = -986 кДж/моль.
Решение.
Запишем по закону Гесса:
ΔHх.р. = ΔH0(Ca(OH)2) - ΔH0(H2O) - ΔH0(CaO)
Отсюда,
ΔH0(CaO) = ΔH0(Ca(OH)2) - ΔH0(H2O) - ΔHх.р. = - 986 - (-285) - (-65) = - 636 кДж/моль.
10.1.2.Задание.
Рассчитайте энтальпию образования сульфата цинка из простых веществ при T = 298 K на основании следующих даных :
ZnS = Zn + S ΔH1 = 200,5 кДж
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 ΔH2 = - 893,5 кДж
2SO2 + O2 = 2SO3 ΔH3 = - 198,2 кДж
ZnSO4 = ZnO + SO3 ΔH4 = 235,0 кДж
Решение.
Из закона Гесса следует, что, поскольку путь перехода не важен, расчеты подчиняются алгебраическим правилам работы с обычными уравнениями. Иными словами, их можно "тасовать" как угодно. Попробуем применить эту возможность.
Нам необходимо прийти к уравнению:
Zn + S + 2O2 = ZnSO4
Для этого скомпонуем имеющийся "материал" так, чтобы слева оказались Zn, S, O2, а справа - сульфат цинка. Перевернем первое и четвертое уравнение слева направо, а во втором и третьем разделим коэффициенты на 2.
Получим:
Zn + S = ZnS
ZnS + 1,5O2 = ZnO + SO2
SO2 + 0,5O2 = SO3
ZnO + SO3 = ZnSO4
Теперь попросту сложим правые части и левые части.
Zn + S + ZnS + 1,5O2 + SO2 + 0,5O2 + ZnO + SO3 = ZnS + ZnO + SO2 + SO3 + ZnSO4
Что будет равно
Zn + S + 2O2 + ZnS + SO2 + SO3 + ZnO = ZnS + SO2 + SO3 + ZnO + ZnSO4
Видно, да, что получается? Все красное сокращаем (опять же, чистая арифметика!)
И имеем в итоге
Zn + S + 2O2 = ZnSO4 - что и требовалось.
Теперь применим тот же принцип и к энтальпиям. Первую и четвертую реакции перевернули, значит, энтальпии получат противоположный знак. Вторую и третью делим пополам (поскольку делили коэффициенты).
ΔH = - 200,5 + (-893,5/2) + (-198,2/2) + (-235,0) = - 981,35 кДж/моль.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 12:30 | Сообщение # 2 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 10.2. Определение теплоты сгорания.
Задание.
Вычислите теплоту сгорания этилена С2Н4(г) + 3O2 = 2СO2(г) + 2H2O(г) если теплота его образования равна 52,3 кДж/моль. Каков тепловой эффект сгорания 5 л. этилена?
Решение.
Определим изменение энтальпии реакции по закону Гесса.
По справочнику определим энтальпии образования компонентов, кДж/моль:
ΔH0(C2H4(г)) = 52.
ΔH0(CO2(г)) = - 393.
ΔH0(H2O(г)) = - 241.
ΔHх.р. = [2*(-393) + 2*(-241)] - [52,3 + 0] = -1320 кДж/моль.
Количество выделившегося тепла при сгорании 1 моль этилена Q = - ΔHх.р. = 1320 кДж
Количество теплоты, выделяющейся при сгорании 5 л. этилена:
Q1 = Q * V / Vm = 1320 * 5 / 22,4 = 294,6 кДж.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 12:34 | Сообщение # 3 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 10.3. Температура наступления равновесия.
Задание.
Определить температуру, при которой наступит равновесие системы:
CH4(г) + CO2(г) = 2CO (г) + 2H2(г)
ΔHх.р. = + 247,37 кДж.
Решение.
Критерием возможности протекания химической реакции служит энергия Гиббса, ΔG.
ΔG < 0, реакция возможна.
ΔG = 0, порог возможности.
ΔG > 0, реакция невозможна.
С энтальпией и энтропией энергия Гиббса связана соотношением:
ΔG = ΔH - TΔS.
Отсюда, для наступления равновесия (достижения порога), должно выполниться соотношение:
T = ΔH/ΔS
Определим изменение энтропии по следствию из закона Гесса.
CH4(г) + CO2(г) = 2CO (г) + 2H2(г)
ΔS0х.р. = [2*S0(CO) + 2*S0(H2)] - [S0(CH4) + S0(CO2)]
Выписав из справочника соотв. значения, решаем:
ΔS0х.р. = (2*198 + 2*130) - (186 + 213) = 656 - 399 = 257 Дж/моль*К = 0,257 кДж/моль*К.
T = ΔH/ΔS = 247,37/0,257 = 963 оК.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 12:36 | Сообщение # 4 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 10.4. Знак изменения энтропии.
Задание.
Не производя вычислений, определить знак изменения энтропии процессов:
1. H2O(г) ---> H2O(ж)
2. 2H2S + O2 = 2S(тв.) + 2H2O(ж)
3. (NH4)2CO3(тв.) = 2NH3 + CO2 + H2O (все продукты газообразны).
Решение.
Поскольку энтропия - мера неупорядоченности системы, то выполняется общая закономерность:
S(тв.) < S(жидкость) < S(газ).
В свете этого проанализируем задачу.
1. Из газа конденсируется жидкость.
Поскольку S(жидкость) < S(газ), ΔS < 0.
2. Из 3 моль газов получается 2 моль тв. вещества и 2 моль жидкости.
Очевидно, что ΔS < 0.
3. Из твердого вещества получаются газы.
Поскольку S(тв.) < S(газ), ΔS > 0.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Суббота, 17.11.2012, 14:34 | Сообщение # 5 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 10.5. Возможность процесса.
Задание.
Заданы условия:
1. ΔS < 0, ΔH < 0
2. ΔS < 0, ΔH > 0
3. ΔS > 0, ΔH < 0
4. ΔS > 0, ΔH > 0
Проанализировать возможность протекания реакции.
Решение.
В решении будем опираться на формулу: ΔG = ΔH - TΔS. (Подробнее - см. задача № 3).
1. При ΔS < 0, ΔH < 0.
Первое слагаемое формулы (ΔH) меньше нуля, а второе, за счет отрицательного знака энтропии, больше нуля
(-T(-ΔS) = +TΔS) . Возможность реакции будет определяться соотношением величин первого и второго слагаемого. Если значение энтальпии (по модулю) будет больше произведения TΔS, (|ΔH| > |TΔS|), т.е. в целом энергия Гиббса будет меньше нуля, реакция возможна.
2. ΔS < 0, ΔH > 0.
И первое, и второе слагаемое больше нуля. Энергия Гиббса больше нуля. Реакция невозможна.
3. ΔS > 0, ΔH < 0.
Первое слагаемое меньше нуля, второе - тоже. Энергия Гиббса меньше нуля, реакция возможна.
4. ΔS > 0, ΔH > 0
Первое слагаемое формулы (ΔH) больше нуля, а второе, за счет положительного знака энтропии, больше нуля
(-T(+ΔS) = - TΔS) . Возможность реакции будет определяться соотношением величин первого и второго слагаемого. Если значение энтальпии (по модулю) будет больше произведения TΔS, (|ΔH| > |TΔS|), т.е. в целом энергия Гиббса будет больше нуля, реакция невозможна. Однако, с ростом температуры будет расти (по модулю) второе слагаемое, и за определенным пределом температуры реакция станет возможна.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
