1.3  РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ “ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕРМОХИМИЯ”
(для нехимических специальностей)

1. Рассчитайте ΔH^o₂₉₈ химической реакции Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т)
по значениям стандартных теплот образования веществ (, см. таблицу 1 приложения). Укажите тип реакци (экзо- или эндотермическая).

Решение

По данным таблицы 1 приложения, стандартные энтальпии образования Na₂O(т), H₂O(ж) и NaOH(т) при 298К равны соответственно –416, –286 и  –427,8 кДж/моль. Используя следствие из закона Гесса, рассчитываем ΔH^o₂₉₈ химической реакции:

ΔH^o₂₉₈ = 2(NaOH,т) – [(Na₂O,т) + (H₂O,ж)] = 2·(– 427,8) –
– [–416 + (–286)] = –153,6 кДж.

Ответ: –153,6 кДж.

 

2. Определите, как изменяется энтропия при протекании химического процесса  Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т).

Решение.

В данном процессе при взаимодействии 1 моль кристаллического и 1 моль жидкого вещества образуется 2 моль кристаллического вещества. Следовательно, система переходит в состояние с меньшим беспорядком, и энтропия уменьшается (ΔS< 0).

Ответ: уменьшается.

 

3. Рассчитайте величину ΔS^o₂₉₈ для процесса
Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т),  используя значения стандартных энтропий веществ (см. таблицу 1 приложения).

Решение.

Используя справочные данные:  S^o(NaOH,т) = 64,16 Дж/(моль·К),
S^o(Na₂O,т) = 75,5 Дж/(моль·К),  S^o(H₂O,ж) = 70 Дж/(моль·К),  рассчитываем ΔS^o₂₉₈:

ΔS^o₂₉₈ = 2·S^o(NaOH,т) – [S^o(Na₂O,т) + S^o(H₂O,ж)] = 2·64,16 – (75,5 + 70) =
= – 17,18 Дж/К.

 Ответ: –17,18 Дж/К.

 

4. Рассчитайте изменение энергии Гиббса (ΔG^o₂₉₈) для процесса
Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т)  по значениям стандартных энергий Гиббса образования веществ (см. таблицу 1 приложения). Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях и 298К ?

Решение: 

При стандартных условиях и T=298К  ΔG^o₂₉₈  можно рассчитать как разность суммарной энергии Гиббса образования продуктов реакции и суммарной энергии Гиббса образования исходных веществ. Необходимые справочные данные: (NaOH,т) = –381,1 кДж/моль, (Na₂O) = –378 кДж/моль, (H₂O,ж) = –237 кДж/моль.

ΔG^o₂₉₈ = 2·(NaOH,т) – [(Na₂O,т) + (H₂O,ж)] = 2·(–381,1) –
– [–378 + (–237)] = –147,2 кДж.

Значение ΔG^o₂₉₈  отрицательно, поэтому самопроизвольное протекание реакции возможно.

Ответ:  –147,2 кДж;  возможно.

 

5. Определите, возможно ли при 95^oС самопроизвольное протекание процесса  Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т).  Ответ обоснуйте, рассчитав величину изменения энергии Гиббса при данной температуре.

Решение:

Переведем температуру в шкалу Кельвина: Т=273+95=368К. Для расчета ΔG^o₃₆₈ воспользуемся уравнением:

ΔG^o₃₆₈ =ΔH^o – TΔS^o

Воспользуемся изменениями энтальпии и энтропии, рассчитанными для данного процесса в предыдущих задачах. При этом величину изменения энтропии необходимо перевести из  Дж/К  в  кДж/К,  поскольку значения ΔH и ΔG обычно измеряют в кДж.

–17,18 Дж/К = –0,01718 кДж/К

ΔG^o₃₆₈ = –153,6 – 368·(–0,01718) = –147,3 кДж.

Таким образом, ΔG^o₃₆₈ < 0, поэтому самопроизвольное протекание данного процесса при 95^oС возможно.

Ответ:  –147,3 кДж;  возможно.

 

6. Составьте термохимическое уравнение реакции взаимодействия Na₂O(т) и H₂O(ж), если при этом образуется 1 моль NaOH(т). В ответе приведите количество теплоты, указанное в термохимическом уравнении.

Решение:

Коэффициенты в термохимическом уравнении имеют смысл молей. Поэтому допустимы дробные значения коэффициентов. 1 моль гидроксида натрия может образоваться из 1/2 моля оксида натрия и 1/2 моля воды. В задании 1 (см. выше) рассчитано, что при образовании 2 моль NaOH в данной реакции выделяется 153,6 кДж теплоты (ΔH^o₂₉₈ = –153,6 кДж). Поэтому при образовании 1 моль NaOH количество выделившейся теплоты будет в 2 раза меньше, т.е. 76,8 кДж. В термохимическом уравнении количество выделяющейся теплоты указывают со знаком “плюс”:  1/2 Na₂O(т) + 1/2 H₂O(ж) → NaOH(т) + 76,8 кДж.

Ответ:  +76,8 кДж.

К следующему разделу

К оглавлению