Химическая термодинамика и направление процессов

1. Не производя вычислений, установить знак DS^o следующих процессов:

1.1. 2NH₃(г) ® N₂(г) + 3H₂(г)

1.2. СО₂(тв) ® СО₂(г)

1.3. 2NO(г) + О₂(г) ® 2NO₂(г)

1.4. 2Н₂S(г) + 3О₂(г) ® 2Н₂О(ж) + 2SО₂(ж)

1.5. 2СН₃ОН(г) + 3О₂(г) ® 4Н₂О + 2СО₂(г)

1.6. MgO(тв) + H₂(г) ® Mg(тв) + H₂O(ж)

1.7. C(графит) + CO₂(г) ® 2CO(г)

1.8. 4НС1(г) + O₂(г) ® 2C1₂(г) + 2Н₂О(г)

1.9. NH₄NO₃(тв) ® N₂O(г) + 2H₂O(г)

1.10. Fe(тв) ® Fe(ж)

1.11. Н₂О(тв) ® Н₂О(пар)

1.12. СаСО₃(тв) ® СаО(тв) + СО₂(г)

1.13. 3О₂(г) ® 2О₃(г)

1.14. N₂(г) + 2O₂(г) ® 2NO₂(г)

2. Пользуясь справочными данными, произвести вычисления изменения энтропии DS^o и энергии Гиббса DG^o₂₉₈ в ходе химических реакций и фазовых переходов, уравнения которых приведены в задании 1.

3. Можно ли получить при стандартных условиях пероксид водорода по реакции 2Н₂О(ж) + О₂(г) = 2Н₂О₂(ж)?

4. В каком из следующих случаев возможно протекание реакции при любых температурах: а). DH< 0, DS>0; б). DH< 0, DS< 0; в). DH > 0, DS > 0?

5. Исходя из знака DG^o₂₉₈ следующих реакций

PbO₂(тв) + Pb(тв) ® 2PbO(тв) DG^o₂₉₈< 0,

SnO₂(тв) + Sn(тв) ® 2SnO(тв) DG^o₂₉₈ >0

сделать вывод о том, какие степени окисления более характерны для свинца и олова в их оксидах.

6. Пользуясь справочными данными, вычислить значение константы равновесия реакции образования Н₂О(г) из Н₂(г) и О₂(г) при стандартной температуре.

7. Установить возможность самопроизвольного протекания реакции 2СО(г) + О₂(г) ® 2СО₂(г) при 298 К.

8. Возможно ли при стандартных условиях горения Са в атмосфере оксида углерода (II) по реакции Са(тв) + СО(г) ® СаО(тв) + С(тв) ? Ответ подтвердить расчетом.

9. Возможно ли при стандартных условиях горения Са в атмосфере оксида углерода (iV) по реакции Са(тв) + СО₂(г) = СаО(тв) + С(г) ? Ответ подтвердить расчетом.

10. Благоприятствует ли протеканию реакции С(тв) + Н₂О(г) ® СО(г) + Н₂(г) повышение температуры? Постарайтесь сначала ответить на этот вопрос не прибегая к вычислениям, затем подтвердите ваши предположения необходимыми расчетами.

11. Вычислить константу равновесия реакции СО(г) + С1₂(г) «СОС1₂ при 1000 К, считая, что DH и DS не зависят от температуры. Сделайте вывод о соотношении равновесных концентраций участников реакции и о влиянии температуры на положение равновесия этой реакции.

12. Вычислить DG^о₂₉₈ образования СН₄, С₂Н₂ и NH₃ из простых веществ исходя из справочных значений DH^о_f298 и энтропии S^о₂₉₈. Полученные данные сравнить со справочными.

13. Вычислить DG^o для реакции СаСО₃(тв) ® СаО(тв) + СО₂(г) при 25; 500; 1500^оС. Зависимостью DH и DS от температуры пренебречь.

14. Почему при низких температурах критерием, определяющим направление самопроизвольно протекающих реакций, может служить знак DH, а при достаточно высоких температурах таким критерием является знак DS ?

15. Рассчитать энергию Гиббса и определить направление протекания реакция СО + С1₂ = СОС1₂ при 700 К из стандартного состояния, если константа равновесия реакции при этой температуре равна К = 1,0685 × 10^-4.

16. DG^о₂₉₈ образования NH₃ равна -16,64 кДж/моль. Вычислить константу равновесия реакции N₂ + 3H₂ « 2NH₃ при данной температуре.

17. Вычислить изменение энергии Гиббса в реакции димеризации диоксида азота 2NO₂(г) « N₂O₄(г) при стандартной температуре. Сделать вывод о направлении протекания процесса, определить константу равновесия реакции димеризации.

18. Изменение энергии Гиббса в реакции образования 2Н₂(г) + О₂ = 2Н₂О равно DG^о₂₉₈ = - 457,2 кДж. Вычислить константу равновесия при стандартной температуре.

19. Константа диссоциации уксусной кислоты при 25^оС равна 1,75 ×10^-5. Чему равно изменение энергии Гиббса при диссоциации уксусной кислоты? Какому переходу это изменение энергии Гиббса соответствует?

20. Используя справочные данные найти приблизительное значение температуры, при которой константа равновесия реакции образования водяного газа С(гр) + Н₂О(г) « СО(г) + Н₂(г) равна единице. Зависимостью DH^о и DS^о от температуры пренебречь.

21. Стандартное изменение энергии Гиббса для реакции А + В « АВ при 298 К равно -8 кДж/моль. Найти константу равновесия реакции и равновесные концентрации веществ А, В и АВ, если исходное состояние стандартное.

22. Считая, что DH^о и DS^о реакции 4НС1(г) + О₂(г) « 2Н₂О(г) + 2С1₂(г) не зависят от температуры, найти температуру, при которой константа равновесия этой реакции равна единице.

23. Пользуясь табличными данными, вычислить константы равновесия следующих реакций при 298 К и 1000 К:

а) Н₂О(г) + СО(г) « СО₂(г) + Н₂(г),

б) СО₂(г) + С(гр) « 2СО(г),

в) N₂(г) + 3H₂(г) « 2NH₃(г).

Изменениями DH^о и DS^о с температурой пренебречь .

24. Рассчитать константу равновесия химической реакции при 300К, если стандартная энергия Гиббса реакции при этой температуре равна -57,3 кДж/моль.

25.Определить стандартную энергию Гиббса химической реакции при 1000 К, если при этой температуре константа равновесия К = 10¹⁰.

26. Определить стандартную энергию Гиббса химической реакции при 500 К, если при этой температуре константа равновесия К= 10⁷.

Электролитическая диссоциация.

Водородный показатель

Электролитами называют вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток. К электролитам относятся почти все соли, кислоты и основания.

При растворении в воде или других растворителях электролиты подвергаются электролитической диссоциации, т. е. распадаются на положительно и отрицательно заряженные частицы - катионы и анионы.

Согласно теории электролитической диссоциации, применяемой к водным растворам, кислотой является электролит, который диссоциирует с образованием ионов Н⁺:

НС1 ® Н⁺+С1^-

Н₂СО₃ « Н⁺+НСО₃^-

Электролит, диссоциирующий с образованием ионов ОН^- , называют основанием:

КОН ® К⁺+ ОН^-

Са(OH)₂ « Са(ОН)⁺+OH^-

Электролиты условно делятся на сильные и слабые. Введенное Аррениусом понятие степени диссоциации дало возможность ввести количественный критерий определения силы электролита.