Задачи по термодинамике. Часть 1

Министерство образования и науки РФ
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Институт сельского хозяйства и природных ресурсов
__________________________________________________________
Кафедра фундаментальной и прикладной химии
ЗАДАЧИ
ПО ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ
ЧАСТЬ 1
Великий Новгород
2013
1. Первый закон термодинамики. Вычисление теплоты, работы,
изменения внутренней энергии и энтальпии процесса
1-1. Вычислите количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха
от 0 до 20оС при постоянном объёме, если первоначально он находился при
атмосферном давлении и занимал объём 27 м3. Удельная теплоёмкость воздуха
составляет 0,712 Дж⋅г−1⋅К−1.
1-2. Какое количество тепла потребуется для нагревания 1м3 воздуха от 0 до
1°С при постоянном объеме и начальном давлении 1,013·105 Па? Плотность
воздуха при нормальных условиях 1,293 кг/м3, удельная теплоемкость при
постоянном давлении Ср = 1,01 Дж⋅г−1⋅К−1.
1-3. Изотермически сжимают 1 м3 азота от давления 1 атм до давления 4 атм
при температуре 127оС. Найдите объём азота после сжатия и работу, затраченную
на сжатие газа, а также количество тепла, выделяющееся при сжатии.
1-4. 200 г хлора при 27оС занимают объём 5 л. Найдите работу и конечный
объём газа при изобарном нагревании на 1оС, считая хлор идеальным газом.
1-5. Вычислите работу, совершённую при нагревании 1 л идеального газа от
0 до 25оС при постоянном давлении 1 атм.
1-6. Газ, расширяясь от 0,01 до 0,016м3, при постоянном давлении 1,013·105
Па поглощает 126 Дж тепла. Определите изменение внутренней энергии.
1-7. Смешано 4,03 г водорода и 32 г кислорода. Их удельные теплоемкости
Ср соответственно равны 14,3 и 0,912 Дж⋅г−1⋅К−1. Определите потерю тепла при
охлаждении этой смеси на 20 К при постоянном объеме.
1-8. Газовая смесь, которую можно считать идеальным газом, содержит 0,12
кг водорода и 1,4 кг азота и находится под давлением 1,013·10 6 Па. Вычислите
работу изотермического расширения смеси при 298 К до давления 1,013·105 Па.
1-9. 6 г водорода, взятого при давлении 1,013·105 Па, нагревают при
постоянном объеме, равном 67,2·10-3 м3, с таким расчетом, чтобы внутренняя
энергия его возросла на 8650 Дж. Теплоемкость водорода при постоянном
давлении Ср = 28,83 Дж·моль-1·К-1. Каким окажется конечное давление водорода?
1-10. 2 моль идеального газа нагревают при постоянном давлении до тех
пор, пока газ не совершит работу, равную 5000 Дж. Как изменятся его внутренняя
энергия и энтальпия в этом процессе, если Сv = 2,5 R?
1-11. Смесь, состоящую из 11г углекислого газа и 1г водорода, нагревают
при постоянном давлении от 275 К до 400 К. Рассчитайте работу, количество
теплоты, изменение внутренней энергии и энтальпии в этом процессе считая газы
идеальными.
1-12. Пять литров криптона, взятого при нормальных условиях, нагревают
до 873 К при постоянном объёме. Каково конечное давление газа и количество
теплоты, затраченной на нагревание?
1-13. При 100°С 6 г кислорода занимают объем 0,004 м3. Вычислите работу,
совершаемую газом при изотермическом расширении до объема 0,0045 м3.
1-14. Какое количество теплоты необходимо для повышения температуры
16 г кислорода от 300 до 500 К при давлении 1 атм? Как при этом изменится
внутренняя энергия системы?
1-15. Вычислите работу, которую необходимо совершить для
изотермического сжатия 1 кмоль диоксида углерода при 20°С от 1,02∙105 Па до
35,70∙105 Па.
1-16. Какое количество теплоты выделится при изотермическом сжатии
0,015 м3 идеального газа при 36,8°С и 1,013∙105 Н/м2, если его объем уменьшится в
5 раз?
1-17. При 0°С и 5,0565∙105 Н/м2 0,002 м3 азота расширяются изотермически
до давления 1,013∙105 Н/м2. Вычислите работу, совершаемую газом, и количество
поглощенной теплоты.
1-18. 0,85 моль идеального газа, первоначально находившегося под
давлением 15 атм. при температуре 300 К, расширяются изотермически, пока
давление не станет равным 1 атм. Рассчитайте совершённую при этом работу.
1-19. При 298 К одноатомный газ в идеальном состоянии изотермически и
обратимо расширяется от 1,5 л до 10 л, при этом поглощается 966 кДж теплоты.
Вычислите количество газа, участвующего в процесс.
1-20. При 25°С и 1,013·105 Па в сосуде находится 1 кг азота. Вычислите
количество тепла, изменение внутренней энергии и работу при изохорном
увеличении давления до 2,026·105 Па и при изобарном расширении до
трехкратного объема.
1-21. Один моль водяного пара обратимо и изотермически сконденсировали
в жидкость при 100°С. Рассчитайте работу, количество теплоты, изменение
внутренней энергии и энтальпии в этом процессе. Удельная теплота испарения
воды при 100°С равна 2258 Дж∙г−1. Объемом жидкости пренебречь. Пар считать
идеальным газом.
1-22. Один моль паров брома обратимо и изотермически сконденсировали в
жидкость при 59°С. Рассчитайте работу, теплоту, изменение внутренней энергии и
энтальпии в этом процессе. Удельная теплота испарения брома при 59°С равна
181,4 Дж∙г−1. Объемом жидкости пренебречь. Пар считать идеальным газом
1-23. 1 кг воды кипит до полного испарения при нормальном атмосферном
давлении. Определите работу, количество теплоты, изменение внутренней энергии
и энтальпии в этом процессе. Мольная теплота испарения воды при 100°С равна
40,6 кДж∙моль−1. Объемом жидкости пренебречь. Пар считать идеальным газом.
1-24. Вычислите изменение внутренней энергии при испарении 0,2 кг
этанола при температуре его кипения под давлением 1,013·105 Па. Теплота
испарения этанола при температуре кипения равна 857,7 Дж·г-1, а удельный объем
пара равен 0,607 м3·кг-1. Объемом жидкости пренебречь. Пар считать идеальным
газом.
1-25. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха
в квартире общим объемом 600м3 от 20°С до 25°С. Примите, что воздух −
идеальный двухатомный газ, а давление при исходной температуре − нормальное.
Вычислите изменение внутренней энергии и энтальпии для процесса нагревания
воздуха.
1-26. Один моль тетрафторуглерода расширяется обратимо и адиабатически
до увеличения объёма вдвое, при этом температура падает от 298,15 до 248,44 К.
Чему равно значение теплоёмкости CV этого газа?
1-27. Один моль аргона, взятого при температуре 25оС и давлении 1 атм,
расширяется а) обратимо и изотермически до объёма 50 л; б) обратимо и
адиабатически до того же объёма. Рассчитайте конечное давление в обоих
случаях, считая газ идеальным.
1-28. В баллоне при 25оС находится неизвестный газ; предполагается, что
это азот или аргон. При равновесном адиабатическом расширении 5 л этого газа
до объёма 6 л его температура уменьшается примерно на 20оС. Какой газ
содержится в баллоне?
1-29. Система содержит 0,5 моль идеального одноатомного газа в объёме 1 л
при давлении 10 атм. Газ расширяется обратимо и адиабатически до давления 1
атм. Рассчитайте начальную и конечную температуры, конечный объём газа, а
также совершённую работу, изменения внутренней энергии и энтальпии в этом
процессе.
1-30. 1 кмоль идеального одноатомного газа, взятого при 300К, нагревают
при постоянном давлении до 600К, а затем адиабатически расширяют до
первоначальной температуры, Рассчитайте совершённую работу, изменения
внутренней энергии и энтальпии в этом процессе.
1-31. Рассчитайте изменение температуры и конечное давление при
обратимом адиабатическом сжатии 1 моль гелия от температуры 0оС и объёма
44,8 л до объёма 22,4 л.
1-32. Три моль идеального одноатомного газа, находящегося при
температуре 350 К, адиабатически расширяются в необратимом режиме от
начального давления 5 атм против постоянного внешнего давления 1 атм.
Рассчитайте, какая при этом совершается работа и каков конечный объём газа.
1-33. Один моль ксенона, находящийся при 25оС и 2 атм, расширяется
адиабатически: а) обратимо до давления 1 атм; б) против давления 1 атм. Какой
будет конечная температура в каждом случае?
1-34. Рассчитайте максимальную работу изотермического расширения 10 г
гелия от объёма 10 л до объёма 50 л при температуре 25оС. Какова величина
работы адиабатического расширения при тех же начальных условиях и конечном
объёме 50 л?
1-35. Вычислите изменение внутренней энергии 1 моль газа (аргона,
водорода и водяного пара), если его адиабатически сжать, увеличив давление в 10
раз или уменьшив объем в 10 раз. Начальная температура равна 298К, газ считайте
идеальным.
2. Термохимия. Закон Гесса
2-1. Измерить теплоту сгорания углерода до CO в ограниченном количестве
кислорода практически невозможно, потому что продукт реакции всегда будет
состоять из смеси CO и CO2. Однако теплоту полного сгорания углерода до CO2 в
избытке кислорода измерить можно:
C(графит) + O2(г) = CO2(г);
ΔH10 = −393,70 кДж·моль-1.
Можно измерить и теплоту сгорания CO до CO2:
CO(г) + 0,5O2(г) = CO2(г);
ΔH20 = −283,12 кДж·моль-1.
На основании этих данных рассчитайте теплоту образования CO.
2-2. При комнатной температуре переход моноклинной серы в ромбическую
самопроизволен, но он протекает слишком медленно для того, чтобы можно было
произвести точные калориметрические измерения. Поэтому проводят быстрые
реакции сгорания двух различных форм серы в кислороде с образованием SO2:
S(мон) + O2(г) = SO2(г);
ΔH10 = −297,33 кДж·моль-1;
S(ромб) + O2(г) = SO2(г);
ΔH20= −297,04 кДж·моль-1.
На основании этих данных определите энтальпию перехода моноклинной серы в
ромбическую.
2-3. Вычислите энтальпию образования аммиака на основании следующих
данных:
2H2 + O2 = 2H2O(ж);
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O(ж);
ΔH10 = −571,90 кДж·моль-1;
ΔH20 = −1530,98 кДж·моль-1.
2-4. Вычислите энтальпию образования оксида азота (II) на основании
следующих данных:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O(ж);
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O(ж);
ΔH10 = −1168,18 кДж·моль-1;
ΔH20 = −1530,98 кДж·моль-1.
2-5. Рассчитайте энтальпию образования PCl5(тв), если известны тепловые
эффекты следующих реакций:
2P(тв) + 3Cl2(г) = 2PCl3(ж)
ΔH10 = − кДж·моль-1;
PCl3(ж) + Cl2(г) = PCl5(тв)
ΔH20 = +32.81 кДж·моль-1.
2-6. Исходя из стандартной энтальпии образования газообразного диоксида
углерода –393,5 кДж·моль-1 и термохимического уравнения реакции:
C(графит) + 2N2O(г) = CO2(г) + 2N2(г),
для которой известно стандартное значение теплового эффекта −557,5 кДж·моль,
вычислите стандартную энтальпию образования N2O(г).
2-7. Исходя из известных значений стандартных тепловых эффектов реакций
MgO(кр) + 2H+(aq) = Mg2+(aq) + H2O(ж)
ΔH10 = −145,6 кДж⋅моль−1,
H2O(ж) = H+(aq) + OH−(aq)
ΔH20 = +57,5 кДж⋅моль−1,
вычислите значение стандартной энтальпии реакции растворения оксида магния в
воде:
MgO(кр) + H2O(ж) = Mg2+(aq) + 2OH−(aq).
2-8. Энтальпия образования кристаллогидрата CuSO4∙5H2О равна −2280,0
кДж∙моль−1. Вычислите энтальпию растворения в воде 1 моль безводной соли
CuSO4. Для расчета используйте энтальпию растворения кристаллогидрата в воде,
которая равна 111,7 кДж∙моль−1, и энтальпии образования жидкой воды и
безводной соли.
2-9. Вычислите стандартную энтальпию образования MgCO3 при 298 К,
используя известные тепловые эффекты следующих реакций:
C(графит) + O2(г) = CO2(г)
ΔH10 = −393,5кДж⋅моль−1;
2Mg(тв) + O2(г) = 2MgO(тв)
ΔH20 = −1203,6 кДж⋅моль−1;
MgO(тв) + CO2(г) = MgCO3(тв)
ΔH30 = −117,7 кДж⋅моль−1.
2-10. Рассчитайте энтальпию образования N2O5 на основании данных о
тепловых эффектах следующих реакций:
2NO + O2 = 2NO2
ΔH10 = −114,1 кДж⋅моль−1;
4NO2 + O2 = 2N2O5
ΔH20 = −110,2 кДж⋅моль−1;
N2 + O2 = 2NO
ΔH30 = + 180,5 кДж⋅моль−1.
2-11. Известны тепловые эффекты следующих реакций:
FeO(кр) + CO(г) = Fe(кр) + CO2(г)
ΔH10 = −18,2 кДж⋅моль−1;
2CO(г) + O2(г) = 2CO2(г)
ΔH20 = −566,0 кДж⋅моль−1;
2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г)
ΔH30 = + 483,6 кДж⋅моль−1.
Рассчитайте энтальпию реакции FeO(кр) + H2(г) = Fe(кр) + H2O(г)
2-12. Рассчитайте тепловой эффект химической реакции
CdSO4(кр) + H2O(г) = CdSO4·H2O(кр),
зная тепловые эффекты следующих реакций:
CdSO4(кр) + 400H2O(ж) = CdSO4 в 400 моль H2O
ΔH10 = −45,95 кДж⋅моль−1,
CdSO4⋅H2O(кр) + 399H2O(ж) = CdSO4 в 400 моль H2O
ΔH20 = −25,51 кДж⋅моль−1,
H2O(г) = H2O(ж)
ΔH30 = −40,68 кДж⋅моль−1.
2-13. Известны тепловые эффекты следующих реакций:
CH3(г) + H(г) = CH4(г)
ΔH10 = −438,51 кДж⋅моль−1,
CH3Br(г) + Br(г) = CH3(г) + Br2(ж)
ΔH20 = 45,52 кДж⋅моль−1,
CH3Br(ж) = CH3Br(г)
ΔH30 = 23,93 кДж⋅моль−1.
Рассчитайте энтальпию реакции CH4(г) + Br2(ж) = CH3Br(ж) + HBr(г), если
энергия диссоциации молекулы HBr на атомы равна 366,3 кДж⋅моль−1.
2-14. Рассчитайте теплоту образования сульфата цинка на основании
данных о тепловых эффектах следующих реакций:
ZnS(кр) = Zn(кр) + S(ромб)
ΔH10 = 200,5 кДж⋅моль−1,
2ZnS(кр) + 3O2 = 2ZnO(кр) + 2SO2
ΔH20 = −893,5 кДж⋅моль−1,
2SO2 + O2 = 2SO3
ΔH30 = −198,2 кДж⋅моль−1,
ZnSO4(тв) = ZnO(тв) + SO3
ΔH40 = 235,0 кДж⋅моль−1
2-15. При взаимодействии 10 г металлического натрия с водой при
температуре 298 К выделилось 79,91 кДж, а при взаимодействии 20 г Na2O с водой
выделилось 76,76 кДж тепла. В обоих случаях вода взята в большом избытке.
Величина стандартной энтальпии сгорания водорода равна −285,84 кДж⋅моль−1.
Вычислите стандартные изменения энтальпии и внутренней энергии образования
оксида натрия при 298 К.
2-16. Рассчитайте энтальпию образования H2SO4(ж), используя энтальпии
реакции сгорания ромбической серы до SO2 (ΔH10 = −297,04 кДж⋅моль−1), реакции
окисления SO2 в SO3 на платиновом катализаторе (ΔH20 = −98,33 кДж⋅моль−1) и
теплоту растворения SO3 в воде с образованием H2SO4(ж) (ΔH30 = −130,35
кДж⋅моль−1). Тепловой эффект образования жидкой воды ΔH40 = −285,84
кДж⋅моль−1.
2-17. Энтальпии нейтрализации NaOH и NH4OH хлороводородной кислотой
равны –55,81 кДж·моль-1 и –51,34 кДж·моль-1 соответственно. Какова энтальпия
диссоциации NH4OH, если это основание – слабый электролит?
2-18. Энтальпии нейтрализации хлороводородной, уксусной и масляной
кислот гидроксидом натрия равны –55,81 кДж·моль-1; –56,07 кДж·моль-1 и –57,74
кДж·моль-1 соответственно. Каковы энтальпии диссоциации уксусной и масляной
кислот, если эти кислоты – слабые электролиты?
2-19. Энтальпия растворения Na2SO3 при 18°С равна –11,30 кДж·моль-1 , а
энтальпия гидратации этой соли при переходе в Na2SO3·7H2O составляет –58,16
кДж·моль-1. Вычислите энтальпию растворения Na2SO3·7H2O.
2-20. Энтальпия растворения BaCl2 равна –8,66 кДж⋅моль−1, а энтальпия
гидратации этой соли при переходе в BaCl2·2H2O равна –29,16 кДж⋅моль−1.
Какова энтальпия растворения BaCl2·2H2O?
2-21. Энтальпии растворения MgSO4, MgSO4·H2O, MgSO4·7H2O равны –
84,85 кДж·моль-1; –55,64 кДж·моль-1 и 15,9 кДж·моль-1 соответственно. Какова
энтальпия гидратации при переходе: а) MgSO4 вMgSO4·H2O; б) MgSO4 в
MgSO4·7H2O; в) MgSO4·H2O в MgSO4·7H2O?
2-22. Определите тепловой эффект реакции сгорания этана в озоне:
C2H6(г) + 7/3 O3 = 2CO2(г) + 3H2O(ж),
используя стандартную энтальпию сгорания этана в кислороде и стандартную
энтальпию образования озона.
2-23. Вычислите энтальпию реакции
CH4(г) + Cl2(г) = CH3Cl(г) + HCl(г),
если энтальпии сгорания метана, хлорметана и водорода (до жидкой воды)
соответственно равны −890,6; −689,8 и −285,8 кДж⋅моль−1, а энтальпия
образования HCl равна −92,3 кДж⋅моль−1.
2-24. Известны стандартные энтальпии сгорания при 25оС газообразных
этана, этилена и водорода, которые составляют соответственно −1560,6; −1562,6 и
−285,9 кДж⋅моль−1. Во всех случаях продуктами сгорания являются газообразный
углекислый газ и жидкая вода. Рассчитайте стандартную энтальпию реакции
гидрирования этилена.
2-25.
Стандартные
энтальпии
сгорания
бутена-1
и
бутана
равны
соответственно −2719,0 и −2877,1 кДж⋅моль−1. Вычислите тепловой эффект
реакции гидрирования бутена.
2-26. Рассчитайте стандартную энтальпию и изменение внутренней энергии
для газофазной реакции
CH≡CH(г) + 2H2(г) = C2H6(г)
при 298 К, используя справочные данные по энтальпиям сгорания веществучастников реакции.
2-27. Рассчитайте стандартную энтальпию и изменение внутренней энергии
для газофазной реакции
CH≡CH(г) + H2(г) = C2H4(г)
при 298 К, используя справочные данные по энтальпиям сгорания веществучастников реакции.
2-28. Рассчитайте стандартную энтальпию и изменение внутренней энергии
для газофазной реакции
CH2О(г) + Н2(г) = CH3ОН(г)
при 298 К, используя справочные данные по энтальпиям сгорания веществучастников реакции
2-29. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте
стандартное изменение энтальпии в реакции этерификации:
C2H5OH(ж) + CH3COOH(ж) = CH3COOC2H5(ж) + H2O(ж).
2-30. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте
стандартное изменение энтальпии и изменение внутренней энергии в реакции
крекинга бутана:
C4H10(г) = C2Н6(г) + C2H4(г).
2-31. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте
стандартное изменение энтальпии и изменение внутренней энергии в реакции
дегидроциклизации гексана:
C6H14(г) = C6H6(г) + 4H2(г).
2-32. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте
стандартное изменение энтальпии и внутренней энергии в реакции гидрирования
бензола:
C6H6(г) + 3H2(г) = C6H12(г).
2-33. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте
стандартное изменение энтальпии и изменение внутренней энергии в реакции:
СО(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(ж).
2-34. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте
стандартное изменение энтальпии и внутренней энергии в реакции:
2СН4(г) = С2Н2(г) + 3Н2(г).
2-35. По стандартным энтальпиям сгорания веществ рассчитайте
стандартную энтальпию образования метана. Полученное значение сравните с
табличным ΔН0f,298(CH4) = −74,85 кДж∙моль−1.
С(графит) + 2Н2(г) = СН4(г).
2-36. По стандартным энтальпиям сгорания веществ рассчитайте
стандартную энтальпию образования бутана. Полученное значение сравните с
табличным ΔН0f,298(C4H10) = −126,15 кДж∙моль−1.
4С(графит) + 5Н2(г) = С4Н10(г).
2-37. По стандартным энтальпиям сгорания веществ рассчитайте
стандартную энтальпию образования газообразного пентана. Полученное
значение сравните с табличным ΔН0f,298(C5H12(г)) = −146,64 кДж∙моль−1.
5С(графит) + 6Н2(г) = С5Н12(г).
2-38. По стандартным энтальпиям сгорания веществ рассчитайте
стандартную энтальпию образования газообразного сероводорода. Полученное
значение сравните с табличным ΔН0f,298(H2S(г)) = −20,60 кДж∙моль−1.
S(ромбич.) + Н2(г) = Н2S(г).
2-39. По стандартным энтальпиям сгорания жидкого и газообразного
пентана рассчитайте стандартную энтальпию испарения пентана при температуре
298 К.
2-40. По стандартным энтальпиям сгорания жидкого и газообразного гексана
рассчитайте стандартную энтальпию испарения гексана при температуре 298 К.
2-41. При 25оС стандартная энтальпия сгорания газообразного пропана равна
−2220 кДж·моль−1, а энтальпия испарения жидкого пропана равна 15,0
кДж·моль−1. Какова энтальпия сгорания жидкого пропана при этой температуре?
Какое значение имеет изменение внутренней энергии для процесса сгорания
газообразного и жидкого пропана.
2-42. В природных условиях метан образуется высокоспециализированными
анаэробными микроорганизмами-метаногенами. Субстратами для них служат
уксусная кислота, метанол, смесь CO2 + H2. Образование метана может быть
представлено уравнениями:
CH3COOH(ж) = CH4(г) + CO2(г);
CH3OH(ж) + H2(г) = CH4(г) + H2O;
CO2(г) + 4H2(г) = CH4(г) + 2H2O(г).
По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте стандартное
изменение энтальпии в каждой реакции. Какая из реакций является наиболее
экзотермичной?
3. Зависимость теплового эффекта химической реакции
от температуры. Закон Кирхгофа
3-1. Рассчитайте изменение энтальпии в реакции синтеза фосгена COCl2(г) из
газообразных оксида углерода (II) и хлора при температуре 600К, если
стандартные энтальпии образования веществ при 298 К равны: ΔH0f,298(CO) =
−110,5
кДж⋅моль−1, ΔH0f,298(COCl2) −219,5
кДж⋅моль−1,
а температурные
зависимости их мольных теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале
температур от 298 до 600 К задаются выражениями:
Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2;
Cp(Cl2) = 37,03 + 0,67·10-3Т – 2,85 105Т-2;
Cp(COCl2) = 67,15 + 12,03·10-3Т – 9,04·105Т-2.
3-2. Изменение энтальпии диссоциации кальцита CaCO3(тв) на оксид кальция
(II) и оксид углерода (IV) при 298 К равно 178,23 кДж⋅моль−1. Рассчитайте
изменение энтальпии этой реакции при 1000 К, если температурные зависимости
их теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К
задаются уравнениями:
Cp(CaO) = 49,62 + 4,52·10−3T − 6,95·105T −2;
Cр(CO2) = 44,14 + 9,04·10−3 T − 8,54·105T-2;
Cp(CaCO3) = 104,52 + 21,92·10−3T − 25,94·105T −2.
Определите, какое количество тепла поглощается при диссоциации 1г
кальцита.
3-3. Выведите уравнение зависимости теплового эффекта реакции
СH4(г) = С(графит) + 2Н2(г),
от температуры, а так же вычислите тепловой эффект этой реакции при 1000К,
если его значение при стандартных условиях и температуре 298К равно 74,85
кДж∙ моль−1, а температурные зависимости их теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в
интервале температур от 298К до 2500К задаются уравнениями:
Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2;
Cp(Cграфит) = 11,19 + 10,95·10−3T − 4,89·105T −2;
Cр(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2.
3-4. Вычислите стандартную энтальпию реакции
С2H2(г) + 2Н2(г) = С2H6(г)
при температуре 400 К, если известны стандартные энтальпии образования
участников реакции при температуре 298 К: ΔH0f,298(C2H2) = 226,73 кДж⋅моль−1,
ΔH0f,298 (C2H6) = −84,68 кДж⋅моль−1, а также температурные зависимости их
теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К:
Cp(C2H2) = 20,44 + 66,65·10−3 T − 26,48·10−6T 2;
Cp(C2H6) =5,75 + 175,11·10−3T − 57,85·10−6T 2;
Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2.
3-5. Рассчитайте изменение энтальпии в реакции
CH4(г) + H2О(г) = CO(г) + 3H2(г)
при температуре 1000К, если стандартные энтальпии образования веществ при
298 К равны: ΔH0f,298(CH4) = −74,85 кДж⋅моль−1; ΔH0f,298(H2О) −241,81 кДж⋅моль−1;
ΔH0f,298(CO) = −110,5 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости их мольных
теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К
задаются выражениями:
Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2;
Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2.
Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2;
Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2.
3-6. Рассчитайте изменение энтальпии в реакции
CH4(г) + H2О(г) = CO(г) + 3H2(г)
при температуре 1000К, если стандартные энтальпии образования веществ при
298 К равны: ΔH0f,298(CH4) = −74,85 кДж⋅моль−1; ΔH0f,298(H2О) −241,81 кДж⋅моль−1;
ΔH0f,298(CO) = −110,5 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости их мольных
теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К
задаются выражениями:
Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2;
Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2.
Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2;
Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2.
3-7. Найдите температурную зависимость теплового эффекта реакции
сгорания водорода (до газообразной воды) и рассчитайте его величину при
температуре 1500 К, зная тепловой эффект этой реакции при температуре 298 К и
температурные зависимости мольных теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1)
Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2.
Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2;
Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2.
3-8. Найдите зависимость теплового эффекта реакции сгорания метана (до
газообразной воды) от температуры и рассчитайте его величину при температуре
1000°С, зная тепловые эффекты образования веществ-участников реакции при
25°С: ΔH0f,298(CH4) = −74,85 кДж∙моль−1, ΔH0f,298(CО2) = −393,53 кДж∙моль−1,
ΔH0f,298(Н2О) = −241,81 кДж∙моль−1; а также температурные зависимости их
мольных теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 25 до
1000°С:
Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2;
Cр(O2) = 31,46 + 3,39∙10−3 T − 3,77∙105T −2;
Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2;
Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2.
3-9. Cтандартная энтальпия образования Аl2O3(кр) при 298 К равна −1675,0
кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования Аl2O3(кр) при 800 К,
зная температурные зависимости мольных теплоемкостей Аl(кр), O2 и Аl2O3(кр) (в
Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 800 К:
Cp(Al) = 20,67 + 12,38·10−3T;
Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2;
Cp(Аl2O3) = 114,55 + 12,89·10−3T − 34,31·105T −2.
3-10. Cтандартная энтальпия образования АgСl(кр) при 298 К равна −126,78
кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования АgCl(кр) при 150°C,
если температурные зависимости мольных теплоемкостей Аg(кр), Cl2 и АgCl(кр) (в
Дж⋅моль−1⋅К−1):
Cp(Ag) = 23,97 + 5,27·10−3T – 0,25∙105T −2;
Cр(Cl2) = 37,03 + 0,67·10−3 T − 2,85·105T −2;
Cp(АgCl) = 62,26 + 4,18·10−3Т − 11,30·105T −2.
3-11. Cтандартная энтальпия образования ZnO(кр) при 298 К равна −348,11
кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования оксида цинка при
327°C, если температурные зависимости мольных теплоемкостей Zn(кр), O2 и
ZnO(кр) (в Дж⋅моль−1⋅К−1):
Cp(Zn) = 22,38 + 10,04·10−3T;
Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2;
Cp(ZnO) = 48,99 + 5,10·10−3Т − 9,12·105T −2.
3-12. Выведите уравнение зависимости энтальпии образования CО2
температуры, а так же вычислите ее значение при 1000°С, если ΔH0f,298(CО2) =
−393,51 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости теплоёмкостей графита,
кислорода и CО2 (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298К до 2500К
задаются уравнениями:
Cp(Cграфит) = 11,19 + 10,95·10−3T − 4,89·105T −2;
Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2;
Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2.
3-13. Выведите уравнение зависимости энтальпии образования NО от
температуры, а так же вычислите ее значение при 2000 К, если ΔH0f,298(NО) =
91,26 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости теплоёмкостей азота, кислорода
и NО (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298К до 2500К задаются
уравнениями:
Cp(N2) = 27,88 + 4,27·10−3T;
Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2;
Cp(NО) = 29,58 + 3,85·10−3T − 0,59·105T −2.
3-14. Cтандартная энтальпия образования NH3(г) при 298 К равна −45,94
кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования NH3(г) при 700°C,
если температурные зависимости мольных теплоемкостей азота, водорода и
аммиака (в Дж⋅моль−1⋅К−1):
Cv(N2) = 19,57 + 4,27·10−3T;
Cv(H2) = 18,97 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2.
Cv(NH3) = 21,49 + 25,48·10−3Т − 1,67·105T −2.
3-15. Cтандартная энтальпия образования АlСl3(кр) при 298 К равна −704,17
кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования АlCl3(кр) при 500 К,
если температурные зависимости мольных теплоемкостей Аl, Cl2 и АlCl3(кр) (в
Дж⋅моль−1⋅К−1) :
Cp(Al) = 20,67 + 12,38·10−3T (от 298 к до 932 К);
Cр(Cl2) = 37,03 + 0,67·10−3 T − 2,85·105T −2 (от 298 к до 3000 К);
Cp(АlCl3) = 77,12 + 47,83·10−3Т (от 298 к до 465,6 К).
Температура плавления АlСl3(кр) равна 465,6 К, энтальпия плавления
составляет 35,48 кДж∙моль−1, Ср(АlСl3(ж)) = 130,5 Дж⋅моль−1⋅К−1.
3-16. Вычислите стандартную энтальпию реакции
С2H4 + 2Н2 = С2H6
при температуре 1000 К, если известны стандартные энтальпии образования
участников реакции при температуре 298 К: ΔH0f,298(C2H4) = 52,30 кДж⋅моль−1,
ΔH0f,298 (C2H6) = −84,68 кДж⋅моль−1, а также температурные зависимости их
теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К:
Cp(C2H4) = 11,32 + 122,01·10−3 T − 37,90·10−6T 2;
Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2;
Cp(C2H6) =5,75 + 175,11·10−3T − 57,85·10−6T 2.
3-17. Рассчитайте тепловой эффект реакции
СН4(г) + СО2(г) = CH3COCH3(г) + H2(г)
при 500 К, если при 298 К он равен 84,93 кДж∙моль−1, а температурные
зависимости теплоёмкостей веществ-участников реакции (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в
интервале температур от 298 до 1500 К:
Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2;
Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2.
Cp(CH3COCH3) = 22,47 + 201,80·10−3T − 63,50·10−6T 2;
Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2.
3-18. Рассчитайте тепловой эффект реакции
СО(г) + 2H2(г) = CH3OH(ж)
при 1000 К, если при 300 К он равен 90,72 кДж∙моль−1, а температурные
зависимости теплоёмкостей веществ-участников реакции (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в
интервале температур от 298 до 1000 К:
Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2;
Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2;
Cp(СH3OH) = 81,60.
3-19. Тепловой эффект реакции
СО(г) + ½ О2(г) = CO2(г)
при 0°С и постоянном давлении составляет −284,5 кДж∙моль−1; температурные
зависимости теплоёмкостей веществ-участников реакции (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в
интервале температур от 298 до 1000 К:
Cv(CO) = 20,10 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2;
Cv(O2) = 23,15 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2;
Cv(CО2) = 35,83 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2.
Рассчитайте тепловой эффект реакции при постоянном давлении и
температуре 727°С.
3-20. При стандартных условиях тепловой эффект газофазной реакции
4HCl + O2 = 2Cl2 + 2H2O
равен −114,5 кДж⋅моль−1, энтальпия образования газообразной воды составляет
−241,8 кДж⋅моль−1. Определите энтальпию образования HCl при температуре
150°С, если известны зависимости теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) от
температуры:
Cp(H2) = 27,3 + 3,3∙10−3 T + 0,5∙105 T −2
Cp(Cl2) = 36,7 + 1,1∙10−3 T − 2,5∙105 T −2
Cp(HCl) = 26,5 + 4,6∙10−3 T +1,1∙105 T −2
3-21. Для реакций
С(графит) + СО2(г) = 2 СО(г) и
С(графит) + H2О(г) = 2 СО(г) + H2(г)
тепловые эффекты при постоянном давлении и 500К соответственно раны 173,6 и
133,9 кДж⋅моль−1. Рассчитайте тепловой эффект реакции
СО(г) + H2О(г) = СО2(г) + H2(г)
при 1500К, если зависимости теплоёмкостей веществ-участников реакции (в
Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 2000 К:
Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2;
Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2;
Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2;
Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2.
3-22. Стандартные энтальпии образования FeO(г), CO(г) и CO2(г) равны
−264,8;5 −110,53 и −393,51 кДж⋅моль−1 соответственно. Определите количество
теплоты, которое выделится при восстановлении 100 кг оксида железа (II)
монооксидом углерода при 700К и постоянном давлении, если известны
зависимости теплоёмкостей реагентов от температуры(в Дж⋅моль−1⋅К−1):
Cp(FeO) = 50,80 + 8,61·10-3 T – 3,31 105 T-2;
Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2;
Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2;
Cp(Fe) = 17,24 + 24,77·10-3 T.
4 Энтропия. Изменение энтропии в различных процессах
4-1. Вычислите энтропию 100 г неона при 500 К, если при 298 К и том же
объеме его мольная энтропия равна 146,2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-2. 12 г кислорода охлаждают от 290 до 233К, одновременно повышая
давление от 1 до 60 атм. Как изменится энтропия газа, если полагать, что
теплоёмкость кислорода в данном температурном интервале постоянна и равна
32,9 Дж∙моль−1∙К−1?
4-3. 2 л аргона под постоянным давлением 19,6·104 Па нагревают до тех пор,
пока объём его не увеличится до 12 л. Каково изменение энтропии, если начальная
температура газа равна 373 К?
4-4. Идеальный газ, взятый при температуре 300 К и давлении 20 атм,
обратимо и изотермически расширяется от 1 до 10 л. Рассчитайте изменение
энтропии газа.
4-5. Вычислите изменение энтропии при нагревании 16 кг кислорода от 273
до 373 К: а) при постоянном объёме; б) при постоянном давлении. Считайте
кислород идеальным газом.
4-6. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 11,2 л азота от 0 до
50 С и одновременном уменьшении давления от 1 до 0,01 атм. Азот считайте
идеальным газом.
о
4-7. Вычислите конечный объем 1 моль идеального газа, первоначально
занимающего объем 0,02 м3, если при изотермическом расширении его энтропия
увеличивается на 38,28 Дж∙моль−1∙К−1.
4-8. Рассчитайте изменение энтропии в процессе расширения 10 г криптона
от давления 101325 Па до 21330 Па. Криптон считайте идеальным газом.
4-9. Рассчитайте энтропию смешения 1,5 моль аргона с 2,6 моль азота при
постоянных давлении и температуре.
4-10. В одном из сосудов одинаковой ёмкости 3 м3 находится 28 кг азота, а в
другом 32 кг кислорода. В обоих сосудах температура одинакова. Найдите
изменение энтропии при диффузии газов в результате соприкосновения
содержимого этих сосудов. Считайте кислород и азот идеальными газами.
4-11. Рассчитайте энтропию смешения 100 см3 кислорода с 400 см3 азота
при постоянных давлении 101325 Па и температуре 280 К.
4-12. При постоянной температуре 300 К и давлении 1 атм. каждый
смешаны 2 л гелия и 2 л аргона. После изотермического смешения полученная
газовая смесь нагрета до 600 К при постоянном объёме. Найдите общее
возрастание энтропии, учитывая, что теплоёмкость газов CV не зависит от
температуры и равна 12,56 Дж∙моль−1∙К−1.
4-13. Определите изменение энтропии при смешении 1 кмоль аргона,
взятого при 293К и давлении 101,3 кПа и 2 кмоль азота, находящегося при 323 К и
давлении 101,3 кПа. Давление смеси равно 101,3 кПа. Считайте аргон и азот
идеальными газами. Теплоемкости (Сv) азота и аргона равны 20,935 и 12,251
Дж∙моль−1∙К−1 соответственно и постоянны в указанном интервале температур.
4-14. Вычислите изменение энтропии при разделении 1 моль воздуха при
101325 Па и температуре 25°С на чистые кислород и азот. Примите состав
воздуха: 21%(об.) кислорода и 79%(об.) азота.
4-15. Стандартная энтропия золота при 25оС S0298 = 47,40 Дж∙моль−1∙К−1. При
нагревании до 484оС энтропия золота увеличивается в 1,5 раза. До какой
температуры надо охладить золото, чтобы его стандартная энтропия была в 2 раза
меньше, чем при 298 К? Теплоёмкость можно считать не зависящей от
температуры.
4-16. Найдите изменение энтропии при нагревании 58,82 кг B2O3(тв) от 298 до
700 К. Температурная зависимость теплоёмкости B2O3(тв) описывается уравнением
Cp(B2O3) = 36,5525 + 106,345∙10-3T (в Дж∙моль−1∙К−1).
4-17. Рассчитайте энтропию 1 моль оксида углерода (II) при температуре
200°С и давлении 50,67 105 Па, если при 25°С и 1,023∙105 Па его энтропия равна
197,55 Дж∙моль−1∙К−1. а зависимость мольной теплоемкости от температуры
выражается уравнением Ср(CО) = 28,41 + 4,1∙10-3Т – 0,46∙105Т−2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-18. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1,5 молей никеля от
25 до 1450оС. Мольные теплоемкости Ni (в Дж∙моль−1∙К−1) равны:
Cp(α-Ni) = 16,99 + 29,46∙10−3T,
Cp(β-Ni) = 25,10 + 7,53∙10−3T.
Температура полиморфного перехода α-Ni в β-Ni составляет 360оС,
стандартная энтальпия перехода α → β при этой температуре ΔH0(α → β) = 0,38
кДж∙моль−1.
4-19. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 5,85 г хлорида
натрия от 25 до 850°С, если температура его плавления равна 800°С, удельная
энтальпия плавления cоставляет 516,7 Дж∙г1. Зависимость мольной теплоемкости
твердого NaCl от температуры описывается уравнением Ср(тв)(NaCl) = 45,94 +
16,32∙10-3Т Дж∙моль−1∙К−1; теплоемкость жидкого NaCl равна 66,53 Дж∙моль−1∙К−1
и в первом приближении не зависит от температуры.
4-20. Определите изменение энтропии в процессе сжижения 1 моль метана,
если его начальная температура равна 25°С, а конечная 111,8 К. Мольная
энтальпия испарения метана при 111,8 К равна 8234,0 Дж∙моль−1, мольная
теплоемкость газообразного метана Cp(г)(СН4) = 35,79 Дж∙моль−1∙К−1. Вычислите
работу сжижения метана, приняв к.п.д. равным 10%.
4-21. Два моль водяного пара конденсируются при 100оС, вода охлаждается
до 0оС и замерзает при этой температуре. Вычислите изменение энтропии воды.
Средняя удельная теплоемкость жидкой воды равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1. Удельные
энтальпии испарения в точке кипения и плавления в точке замерзания составляют
2258 и 333,9 Дж∙г−1∙К−1 соответственно.
4-22. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль бензола от 25
до 100°С, если удельная энтальпия испарения бензола при его температуре
кипения 80,2°С равна 393,3 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого бензола равна
135,14 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры.
Зависимость мольной теплоемкости паров бензола от температуры описывается
уравнением: Ср(г) = –21,09 + 400,12∙10-3Т – 169,87∙10-6Т2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-23. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль толуола от 25
до 150°С, если удельная энтальпия испарения толуола при его температуре
кипения 110,6°С равна 347,3 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого толуола
равна 156,06 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры.
Зависимость мольной теплоемкости паров толуола от температуры описывается
уравнением: Ср(г) = –21,59 + 476,85∙10-3Т – 190,33∙10-6Т2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-24. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 2 моль метанола от
25 до 100°С, если удельная энтальпия испарения метанола при его температуре
кипения 64,7°С равна 1100,4 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого метанола
равна 81,60 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры.
Зависимость мольной теплоемкости паров метанола от температуры описывается
уравнением: Ср(г) = 15,28 + 105,20∙10-3Т  31,04∙106Т2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-25. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль этанола от 25
до 100°С, если удельная энтальпия испарения этанола при его температуре
кипения 78,3°С равна 863,6 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого этанола равна
111,96 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры.
Зависимость мольной теплоемкости паров этанола от температуры описывается
уравнением: Ср(г) = 10,99 + 204,70 10-3Т  74,20 106Т2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-26. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль ацетона от 25
до 100°С, если удельная энтальпия испарения ацетона при его температуре
кипения 56,0°С равна 514,6 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого ацетона равна
125,00 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры.
Зависимость мольной теплоемкости паров ацетона от температуры описывается
уравнением: Ср(г) = 22,47 + 201,80 10-3Т  63,50 106Т2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-27. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 0,1 кг воды от 0 до
150°С, если удельная энтальпия испарения воды при 100°С равна 2,258 кДж∙г1,
удельная теплоемкость жидкой воды равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1 и в первом
приближении не зависит от температуры. Зависимость мольной теплоемкости
водяного пара от температуры описывается уравнением Ср(г) = 30,00 + 10,71 10-3Т
+ 0,33 105Т−2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-28. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль твердого
брома от температуры плавления −7,32°С до 100°С, если удельная энтальпия
плавления брома равна 67,78 Дж∙г−1, а удельная энтальпия испарения при его
температуре кипения 59,0°С равна 188,5 Дж∙г−1. Мольная теплоемкость жидкого
брома составляет 75,69 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от
температуры. Зависимость мольной теплоемкости паров брома от температуры
описывается уравнением: Ср(г) = 37,32 + 0,50 10-3Т  1,26 105Т−2 Дж∙моль−1∙К−1.
4-29. Рассчитайте энтропию двух молей паров ртути при температуре 400 оС
и давлении 0,5 атм, если известно следующее: температура кипения ртути при
1 атм равна 357оС, стандартная энтальпия испарения при этой температуре 59,4
кДж∙моль−1, S0298 = 76,1 Дж∙моль−1∙К−1, теплоёмкости Cp можно считать не
зависящими от температуры, их значения для жидкой и парообразной ртути
составляют соответственно 27,82 и 20,79 Дж∙моль−1∙К−1.
4-30. Рассчитайте изменение энтропии при переходе 1 моль этанола из
жидкого состояния при 25°С и 1,0325∙105 Па в пар при температуре кипения
78,3°С и 0,0507∙105 Па. Мольная теплота испарения этанола 40,79 кДж∙моль1,
Мольная теплоемкость жидкого этанола равна 111,96 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом
приближении не зависит от температуры.
4-31. Рассчитайте изменение энтропии при смешении 5 кг воды с
температурой 80оС с 10 кг воды с температурой 20оС. Удельная теплоёмкость
воды Cp(ж)(H2O) = 4,184 Дж∙г−1∙К−1.
4-32. Рассчитайте температуру смеси и изменение энтропии при смешении
350 г воды с температурой 5оС с 500 г воды с температурой 70оС. Удельная
теплоёмкость воды Cp(ж)(H2O) = 4,184 Дж∙г−1∙К−1.
4-33. Рассчитайте изменение энтропии в процессе смешения 5 кг воды при
80°С с 10 кг воды при 20°С. Удельную теплоемкость воды считайте постоянной и
равной 4,184 Дж∙г−1∙К−1.
4-34. В термически изолированный сосуд с 5 кг воды, имеющей температуру
30 С, добавляется 1 кг снега, имеющего температуру –10оС. Как изменится
энтропия, когда система придёт в равновесие? Удельная энтальпия плавления льда
равна 333,9 Дж∙г−1, удельные теплоемкости воды и льда равны 4,184 и 2,02
Дж∙г−1∙К−1 соответственно.
о
4-35. В 1 кг воды с температурой 0оС погрузили 0,5 кг железа с
температурой 100оС. Рассчитайте изменение энтропии этих тел и суммарное
изменение энтропии в изолированной системе. Примите, что Cp(ж)(H2O) = 4,184
Дж∙г−1∙К−1, а Cp(тв)(Fe) = 0,46 Дж∙г−1∙К−1.
4-36. В сосуд, содержащий 0,001 м3 воды при 20°С, погружена железная
пластинка массой 10 г, нагретая до 200°С. Чему равно изменение энтропии, если
Cp(тв)(Fe) = 24,98 Дж∙моль−1∙К−1, Cp(ж)(H2O) = 75,3 Дж∙моль−1∙К−1?
4-37. Серебряную ложку массой 20 г с температурой 25°С погрузили в
стакан с 200 г воды, нагретой до температуры кипения. Рассчитайте изменение
энтропии этих тел и суммарное изменение энтропии в изолированной системе.
Примите, что Cp(ж)(H2O) = 4,184 Дж∙г−1∙К−1, а Cp(тв)(Аg) = 0,236 Дж∙г−1∙К−1.
4-38. 200 г свинцовой дроби нагрели от 20 до 100°С и погрузили в 1кг воды,
взятой при 20°С. Рассчитайте изменение энтропии этих тел и суммарное
изменение энтропии в изолированной системе. Примите, что Cp(ж)(H2O) = 4,184
Дж∙г−1∙К−1, а Cp(тв)(Pb) = 0,130 Дж∙г−1∙К−1.
4-39. Рассчитайте изменение энтропии при добавлении 72 г льда при
температуре 0оС к 72 г воды при 90оС в изолированной системе. Энтальпия
плавления льда равна 6,0 кДж∙моль−1, удельная теплоемкость воды равна 4,184
Дж∙г−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры.
4-40. Рассчитайте изменение энтропии в изолированной системе при
добавлении 100 г льда с температурой 0оС к 1 кг воды с температурой 20оС.
Энтальпия плавления льда равна 6,0 кДж∙моль−1, удельная теплоемкость воды
равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры
4-41. Лёд массой 1 г при 0оС прибавлен к 10 г воды, температура которой
100оС. Какова конечная температура смеси и чему равно изменение энтропии в
этом процессе? Энтальпия плавления льда равна 335,0 Дж∙г−1, удельная
теплоемкость воды равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от
температуры.
4-42. В сосуд, содержащий 10 моль водяного пара при 120°С поместили
медную пластинку массой 128 г, нагретую до 200°С. Мольные теплоемкости
(Дж∙моль−1∙К−1) водяного пара и меди равны 33,61 и 24,43 соответственно и в
первом приближении не зависят от температуры. Рассчитайте изменение энтропии
в изолированной системе.
4-43. В сосуд, содержащий 0,1 кг водяного пара при 100°С поместили
серебряную пластинку массой 324 г, нагретую до 300°С. Мольные теплоемкости
(Дж∙моль−1∙К−1) водяного пара и серебра равны 33,61 и 25,44 соответственно и в
первом приближении не зависят от температуры. Рассчитайте изменение энтропии
в изолированной системе.
4-44. Газообразные водород и хлор при 25°С поступают в ректор синтеза
хлороводорода, где взаимодействуют при 725°С по реакции:
H2(г) + Cl2(г) = 2HCl(г).
Вычислите изменение энтропии системы, начиная с момента поступления
газов в реактор, если исходные вещества взяты в стехиометрических количествах.
Мольные изобарные теплоемкости (Дж∙моль−1∙К−1) водорода и хлора равны 27,28
и 33,93 соответственно и в первом приближении не зависят от температуры.