Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей
Скачать 2.43 Mb.
|
| ^ 101. Вычислите Δ Go298 для следующих реакций: а) 2 NaF (к) + Cl2 (г) = 2 NaCl (к) + F2 (г) б) PbO2 (к) + 2 Zn (к) = Pb (к) + 2 ZnO (к) Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO2 цинком по реакции (б)? Ответ: +313,94 кДж; - 417,4 кДж. 102. При какой температуре наступит равновесие системы: 4 НСl (г) + O2 (г) = 2 H2O (г) + 2 Cl2 (г); Δ Н = -114,42 кДж? Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при каких температурах? Ответ: 891 K. 103. Восстановление Fe3O4 оксидом углерода идет по уравнению: Fe3O4 (к) + CO(г) = 3 FeO (к) + CO2 (г) Вычислите Δ Go298 и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно Δ So298 в этом процессе? Ответ: +24,19 кДж; +31,34 Дж/(моль · K). 104. Реакция горения ацителена идет по уравнению: С2Н2 (г) + 5/2 О2 (г) = 2 СO2 (г) + Н2О (ж) Вычислите Δ Go298 и Δ So298. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: -1235,15 кДж;-216,15 Дж/(моль · K). 105. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите Δ So298 для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях. Ответ: а) 118,78 Дж/(моль · K); б) -3,25 Дж/(моль · K). 106. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция: Н2 (г) + СО2 (г) = СО (г) + Н2О (ж); Δ Н = -2,85 кДж? Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите Δ Go298 этой реакции. Ответ: +19,91 кДж. 107. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе : 2NO (г) + О2 (г) = 2 NO2 (г) Ответ мотивируйте, вычислив Δ Go298 прямой реакции. Ответ: -69,70 кДж. 108. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите ΔGo298 реакции, протекающей по уравнению: NН3 (г) + НСl (г) = NН4Сl (к) Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно? Ответ: -92,08 кДж. 109. При какой температуре наступит равновесие системы СО (г) + 2 Н2 (г) = СН3ОН (ж); Δ Н = -128,05 кДж? Ответ: 385,5 K.
СН4 (г) + СО2 (г) = 2 СО (г) + 2 Н2 (г); Δ Н = +247,37 кДж? Ответ: 961,9 K. 111.На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ΔGo298 реакции, протекающей по уравнению 4 NH3 (г) + 5 О2 (г) = 4 NO (г) + 6 Н2О (г) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -957,77 кДж. 112. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите Δ Go298 реакции, протекающей по уравнению СО2 (г) + 4 Н2 (г) = СН4 (г) + 2 Н2О (ж) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: - 130,89 кДж. 113. Вычислите Δ Нo, Δ So и Δ Go(T) реакции, протекающей по уравнению Fe2O3 (к) + 3 Н2 (г) = 2Fe (к) + 3 Н2О (г) Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 водородом при температурах 500 и 2000K? Ответ: +96,61 кДж; 138,83 Дж/K; 27,2 кДж; -181,05 кДж. 114. Какие из карбонатов: ВеСО3 или ВаСО3 – можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО2? Вывод сделайте, вычислив Δ Go298 реакций. Ответ: +31,24 кДж; -216,02 кДж. 115. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите Δ Go298 реакции, протекающей по уравнению СО (г) + 3 Н2 (г) = СН4 (г) + Н2О (г) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: - 142,16 кДж. 116. Вычислите Δ Нo, Δ So и Δ Go(T) реакции, протекающей по уравнению TiO2 (к) + 2 C (к) = Ti (к) + 2 CО (г) Возможна ли реакция восстановления TiO2 углеродом при температурах 1000 и 3000 К? Ответ: + 723,71 кДж; 364,84 Дж/K; +358,87 кДж; -370,81кДж. Ответ: + 722,86 кДж; 364,84 Дж/K; +358,02 кДж; -371,66 кДж. 117. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите Δ Go298 реакции, протекающей по уравнению С2Н4 (г) + 3 О2 (г) = 2СО2 (г) + 2 Н2О (ж) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -1331,07 кДж. 118. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe3O4, протекающая по уравнению Fe3O4 (к) + СО (г) = 3 FeO (к) + СО2 (г); Δ Н = +34,55 кДж. Ответ: 1102,4 K. 119. Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению PCl5 (г) = PCl3 (г) + Cl2 (г); ΔН = +92,59 кДж. Ответ: 509 K. 120. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям: 2СН4 (г) = С2Н2 (г) + 3 Н2 (г) N2 (г) + 3Н2 (г) = 2 NН3 (г) С(графит) + О2 (г) = СО2 (г) Почему в этих реакциях Δ So298 >0; <0; ≈ 0? Ответ: 220,21 Дж/K; -198,26 Дж/K; 2,93 Дж/K. ^ Кинетика - учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакций является неравенство ΔGT < 0. Но это неравенство не является еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции. Так, ΔG0298(H2O) = -228,59 кДж/моль, а ΔG0298(AlI3) = -313,8 кДж/моль и, следовательно, при Т = 298 K и P = 1,013 ×105 Па возможны реакции, идущие по уравнениям: H2 (г)+ l/2O2 (г) = H2O(г) (1) 2Al(к) + 3I2 (к) = 2AlI3(к) (2) Однако эти реакции при стандартных условиях идут только в присутствии катализатора (платины для первой и воды для второй). Катализатор как бы снимает кинетический "тормоз", и тогда проявляется термодинамическая природа вещества. Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основные из которых — концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе. Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе: 2SO2 (г) + O2 (г) ↔ 2SO3 (г) если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы? Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ:[SO2] = а, [O2] = b, [SO3] = c. Согласно закону действия масс скорости прямой (V пр.) и обратной (Vобр.) реакции до изменения объема: Vпр. = kпр.a2b; Vобр. = k обр. с2. После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] =3 а, [O2] = 3b, [SO3] = 3 c. При новых концентрациях скорости прямой и обратной реакции: V 'пр.= kпр.(2a)2 (3b) = 27 kпр.a2b; V 'обр. = k обр.(3 с)2 = 9 k обр. с2. Отсюда:  Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной - только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO3. Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 700С, если температурный коэффициент скорости реакции равен 2. Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:  Следовательно, скорость реакции V(T2) - при температуре 70 0C больше скорости реакции V(T1)при температуре 30 0С в 16 раз. Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы СО(г) + Н2О(г) ↔ СО2(г) + Н2(г) при 850 0С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ к моменту установления равновесии, если исходные концентрации: [СO]исх. = 3моль/дм3, [Н2O] исх. = 2моль/дм3 Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы: Vпр. = kпр[CO] [H2O] ; V обр. = k обр. [CO2] [H2] ; Vпр. = V обр. ; kпр.[CO] [H2O] = k обр. [CO2] [H2] ;  В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение Kр входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [CO2]р = x моль/ дм3. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/ дм3. По столько же молей (моль/ дм3) СО и H2О расходуется для образования по х молей СО2 и Н2. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ: [CO2]р = [H]р = х моль/ дм3; [CO]р = (3-х) моль/ дм3; [H2О]р = (2-х) моль/ дм3 Зная константу равновесия, находим значение х, а затем исходные концентрации всех веществ:  Таким образом, искомые равновесные концентрации: [CO2]р = 1,2 моль/дм3; [H]р =1,2 моль/дм3; [CO]р = 3 - 1,2 = 1,8 моль/дм3; [H2О]р = 2 - 1,2 = 0,8 моль/дм3. Пример 4. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению PCI5 (г) ↔ PCI3 (г) + CI2 (г); ΔH = + 92,59 кДж. Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции - разложения PCI5? Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье: а) так как реакция разложения PCI5 эндотермическая, то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение PCI5 ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы) то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации PCI5, так и уменьшением концентрации PCI2 или CI2. ^ 121. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям: а) S (к) + О2 = SO2 (г); б) 2 SO2 (г) + О2 = 2 SO3 (г). Как изменяются скорости этих реакций, если объёмы каждой из систем уменьшить в четыре раза? 122. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы N2 +3 H2 = 2 NH3. Как изменится скорость прямой реакции – образования аммиака, если увеличить концентрацию водорода в три раза? 123. Реакция идет по уравнению N2 + O2 = 2 NO. Концентрация исходных веществ до начала реакции были: [N2]исх. = 0,049 моль/ дм3; [О2]исх. = 0,01 моль/ дм3. Вычислите концентрацию эти веществ в момент, когда [NO] = 0,005 моль/ дм3. Ответ: [N2] = 0,0465 моль/ дм3; [О2] = 0,0075 моль/ дм3. 124. Реакция идет по уравнению N2 + 3 Н2 = 2 NН3. Концентрация участвующих в ней веществ были: [N2] = 0,80 моль/ дм3; [Н2] = 1,5 моль/ дм3; [NH3] = 0,10 моль/ дм3 . Вычислите концентрацию водорода и аммиака, когда [N2] = 0,5 моль/ дм3. Ответ: [NН3] = 0,70 моль/ дм3; [Н2] = 0,60 моль/ дм3. 125. Реакция идет по уравнению Н2 + I2 = 2 HI. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ: [Н2] = 0,04 моль/ дм3 ; [I2] = 0,05 моль/ дм3. Вычислите начальную скорость реакции и её скорость, когда [Н2] = 0,03 моль/ дм3. Ответ: 3,2 ×10-4 ; 1,92 ×10-4. |
Похожие:
 | ... | | С., Журавкевич Е. В., Малаховская В. Э., Новоселов А. М., Чапланов А. М., Черный В. В. Контрольные работы и методические указания... |
| В. А., Доманевский Д. С., Малаховская В. Э., Новоселов А. М. Контрольные работы и методические указания по общей физике для студентов... | | Бумай Ю. А., Вилькоцкий В. А., Доманевский Д. С., Малаховская В. Э. Контрольные работы и методические указания по общей физике для... |
| Немецкий язык : методические указания и контрольные задания для студентов 2 курса железнодорожных специальностей заочной формы обучения... | | Статистика: методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-26 02 02 «Менеджмент» и 1-26 02 03 «Маркетинг»... |
| ... | | Математика. Интегральное исчисление [Текст]+[Электронный ресурс]: методические указания и задачи к практическим занятиям для студентов... |
| Статистика: методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ для студентов специальностей 1-25 01 08 «Бухгалтерский... | | Программа, методические указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения специальности |