Задачи по термодинамике. Часть 2

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 2
Великий Новгород
2013
5 Вычисление степени диссоциации или константы равновесия по
степени диссоциации
5-1. Йодоводород диссоциирует при нагревании по реакции
2HI↔ H2 + I2(г).
При некоторой температуре константа равновесия этой реакции Кс
равна 1/64. Вычислите степень диссоциации йодоводорода при этой
температуре, если его начальная концентрация равнялась 0,01 моль∙ л−1.
5-2. При 2400 К и давлении 0,507·105 Па для реакции
H2O ↔ H2 + 1/2 O2
lgKp = −2,41. Вычислите степень диссоциации водяного пара в этих условиях.
5-3. Константа равновесия реакции
PCl5 ↔ PCl3 + Cl2
4
при 500 К равна Kp=3,38·10 Па. Определите степень диссоциации пентахлорида фосфора при этой температуре, если общее давление в системе
равно 8,104·105 Па?
5-4. Вычислите степень диссоциации аммиака при 600°С и 10,13·105
Па, если константа равновесия реакции
NH3 ↔ 1/2 N2 + 3/2 H2
5
равна Kp= 669,7·10 Па.
5-5. Вычислите степень диссоциации аммиака при 400°С и 101,3·105
Па, если константа равновесия реакции
2NH3 ↔ N2 + 3 H2
5
равна Kp= 78,59·10 Па.
5-6. Вычислите степень диссоциации диоксида углерода
2 СO2 ↔ 2 СO + O2
при температуре 2273 К и давлении 10,133∙104 Па, если константа
равновесия при заданных условиях равна 24,93 Па.
5-7. При 830°С и 1,013·105 Па степень диссоциации сероводорода
согласно уравнению
2 H2S ↔ 2 H2 + S2
равна 8,7%. Вычислите константу равновесия Кр этой реакции при заданных
условиях.
5-8. При 1500 К и 0,1013·105 Па степень диссоциации CO2 по
уравнению
2 СO2 ↔ 2 СO + O2
-3
равна 1,04·10 . Вычислите константу равновесия Кр этой реакции при
заданных условиях.
5-9. При температуре 283К и давлении 1,0133∙105 Па степень
диссоциации фосгена по уравнению
COCl2(г) ↔ CO + Cl2
равна 77%. Вычислите константы равновесия Кр и Кс.
5-10. При 49,7°С и 261,4 Торр N2O4 диссоциирует на 63% по
уравнению
N2O4 ↔ 2 NO2.
Вычислите константу равновесия Кр, если парциальные давления выражены:
а) в Торр; б) в Па; в) атм. Рассчитайте значение Кс для этой реакции.
5-11. Для галогенов при 1000 К и 1,013·105 Па получены следующие
значения степени термической диссоциации на свободные атомы: для Cl2
α = 3,5·10-4, для Br2 α = 2,3·10-3и для I2 α = 2,8·10-2. Рассчитайте константы
равновесия для систем: Cl2 ↔ 2Cl, Br2 ↔ 2Br, I2 ↔ 2I. Какие выводы
можно сделать о прочности связей в молекулах хлора, брома и йода?
5-12. При 727°С константа равновесия реакции
2 SO3 ↔ 2 SO2 + O2
4
Кр = 2,93·10 Па. Под каким давлением степень диссоциации SO3 составит
20%?
5-13. Для реакции
PCl5 ↔ PCl3 + Cl2
при 250°С ∆G = –2508 Дж·моль-1. При каком общем давлении степень
диссоциации пентахлорида фосфора при этой температуре составит 30%?
0
5-14. При 494°С и 0,99·105 Па диоксид азота диссоциирован на 56,5%
по уравнению:
2 NO2 ↔ 2 NO + O2.
Вычислите Кр и Кс, а также давление, при котором степень диссоциации NO
равна 80%.
5-15. При 49,7°С и 2,43·104 Па N2O4 диссоциирует по уравнению
N2O4 ↔ 2 NO2
на 68%. Вычислите константу равновесия Кр. Рассчитайте степень
диссоциации N2O4 при общем давлении 1,25·104 Па.
5-16. Взято 42,0 г N2O4 в объеме 0,01835 м3 при 50°С и 0,946·105 Па.
N2O4 диссоциирует по уравнению:
N2O4 ↔ 2 NO2.
Вычислите степень диссоциации N2O4 и константу равновесия Кс.
5-17. В объеме 0,001м3 находится 0,99 г фосгена при 600°С. Общее
давление равно 1,377·105 Па. Определите степень диссоциации фосгена и
константу равновесия Кс реакции:
COCl2 ↔ CO + Cl2.
5-18. Баллон емкостью 3,4 л , в котором находится 5г фосгена, нагрет
до 673 К.При этом в баллоне установилось давление 1,0133∙105 Па.
Рассчитайте степень диссоциации фосгена константы равновесия Кр и Кс
реакции:
COCl2(г) ↔ CO + Cl2.
5-19. Если нагреть 1,518·10-3 моль йода до 800 К под давлением
0,581·105, то пары его займут объем 2,493·10-4 м3. Вычислите константы
равновесия Кр и Кс для процесса диссоциации йода по уравнению I2(г) ↔ 2I(г).
5-20. Определите константу равновесия реакции I2(г) ↔ 2I(г) и степень
диссоциации паров йода при температуре 973К, если 0,1835г йода поместили
в сосуд емкостью 1л, в котором установилось давление 6,32∙103 Па.
5-21. При температуре 1396К и давлении 1,0133∙105 Па степень
диссоциации водяного пара на водород и кислород равна 5,67∙10−5, а степень
диссоциации диоксида углерода на монооксид углерода и кислород при тех
же условиях − 1,551∙10−4. Определите константу равновесия Кр реакции:
2СO + H2O(г) ↔ СO2 + H2.
5-22. При 900К константа равновесия реакции
2HCl ↔ H2 + Cl2
11
Кc =3,236∙10 . Степень диссоциации водяного пара на водород и кислород
при этих же условиях равна 2,661∙10−8. Рассчитайте при заданной
температуре константы равновесия Кр и Кс реакции:
4HCl + O2 ↔ 2H2O(г) + 2Cl2
6. Вычисление состава равновесной смеси газов
по известному значению константы равновесия
6-1. Для реакции
2HI(г) ↔ H2(г) + I2(г)
при 444°С Кр = 0,02. 1 моль йодоводорода нагревают до 444°С. Какое
количество HI при этом разложится? Чему будет равна степень диссоциации
йодоводорода?
6-2. Константа равновесия реакции
Н2 + Cl2 ↔ 2HCl
при некоторой температуре равна 1. Определите состав равновесной смеси,
%(об.), если исходная смесь состояла из 2л водорода и 3л хлора.
6-3. Константа равновесия реакции
Н2(г) + Br2(г) ↔ 2HBr(г)
при некоторой температуре равна 1. Определите состав равновесной смеси,
%(об.), образующейся из 5л водорода и 1л брома.
6-4. Константа равновесия Кр реакции
С(графит) + 2Н2 ↔ СН4(г)
−1
при 500К равна 0,03 Па . Определите состав равновесной смеси, %(об.),
образующейся из 1 моль графита и 2 моль водорода.
6-5. Константа равновесия Кр реакции
С(графит) + 2Н2 ↔ СН4(г)
−6
при 1000К равна 1,38∙10 Па−1. Определите состав равновесной смеси,
%(об.), если исходная смесь состоит из 1 моль графита, 2 моль водорода и 1
моль метана.
6-6. Константа равновесия реакции
N2 + O2 ↔ 2NO
при 2673К равна 0,0035. Вычислите равновесный выход NO при этой
температуре, если состав исходной газовой смеси а) 50% (об.) кислорода и
50% (об.) азота; б) 21% (об.) кислорода и 79% (об.) азота.
6-7. Константа равновесия Кс реакции
SO2 + Cl2 ↔ SO2Cl2
3
при 102°С равна 13,35м ∙кмоль-1. Какова будет равновесная концентрация
SO2Cl2, если исходные концентрации SO2 и Cl2 имеют следующие значения:
а) С(SO2) = С(Cl2) = 1 кмоль∙м-3; б) С(SO2) = 1 кмоль∙м-3, С(Cl2) = 2 кмоль·м-3.
6-8. Для реакции
CO + H2O(г) ↔ CO2 + H2
при 930К Кр = 1,0. Рассчитайте равновесный состав смеси,
образующейся при внесении в реакционный объем 1 моль диоксида углерода
и 5 моль водорода.
6-9. Для реакции
CO + H2O(г) ↔ CO2 + H2
при 930К Кр = 1,0. Смесь, состоящая из 20%(об.) CO и 80%(об.) H2O(г)
нагревается до 930К. Определите равновесный состав смеси.
6-10. Для реакции
CO + H2O(г) ↔ CO2 + H2
при 1000К Кр = 1,37. Вычислите равновесное количество водорода, если
исходная смесь содержит 0,4 моль моноокисда углерода и 0,6 моль водяного
пара.
6-11. Газовую смесь, состоящую из 45%(об.) CO, 35%(об.) H2 и 20%
(об.) H2O, нагревают до 1400°С. Рассчитайте равновесный состав смеси
газов, если константа равновесия
CO + H2O(г) ↔ CO2 + H2
Кр = 2,21.
6-12. Константа равновесия реакции
CO(г) + 2H2О(г) ↔ CО2(г) + Н2(г)
при 500 К равна 5,5. Реакционная смесь, состоящая из 1 моль СО и 5моль Н2,
нагрета до 500 К. Рассчитайте состав равновесной смеси.
6-13. Для реакции
C2H5OH(ж) + CH3COOH(ж) ↔ CH3CCOOC2H5(ж) + H2O(ж)
при 25°С Кс = 4. Определите выход эфира, если для реакции взяли 100 г
спирта и 20 г уксусной кислоты.
6-14. Вычислите равновесный выход CO по реакции
C(кокс) + CO2 ↔ 2CO
5
при 800°С и 1,013·10 Па, если Кр = 6,683·105 Па.
6-15. В реакционный сосуд введены 1 моль водорода и 1 моль
сульфида сурьмы (III) и нагреты до 713К. Константа равновесия реакции
Sb2S3(кр) + 3H2 ↔ 2Sb(кр) + 3H2S
при этой температуре Кр = 0,429. Определите, какое количество водорода
расходуется по этой реакции при достижении равновесия и какое количество
сурьмы образуется.
6-16. Константа равновесия реакции
CO(г) + 2H(г) ↔ CН3ОН(г)
−3
при 500 К равна 6,09∙10 атм−2. Реакционная смесь, состоящая из 1 моль СО
и 2моль Н2 нагрета до 500 К и общего давления 100 атм. Рассчитайте состав
равновесной смеси
6-17. Для реакции
C2H4(г) + H2(г) ↔ C2H6(г)
при 230°С Кр = 0,128∙10−5 Па−1. Определите состав равновесной смеси,
полученной из 2 моль этилена и 1 моль водорода при давлении 10,13∙105 Па.
6-18. Константа реакции дегидрирования этилена Кр
C2Н4(г) ↔ C2Н2(г) + H(г)
3
при 1000К равна 2,03∙10 Па. Определите состав равновесной смеси, если
исходная смесь содержит по 1 моль этилена, ацетилена и водорода. Общее
давление в системе равно 1,013∙105 Па.
6-19. Стандартное изменение энергии Гиббса реакции синтеза
формальдегида
CO(г) + H2(г) ↔ CН2О(г)
при 400К составляет 34,0 кДж∙моль−1. Рассчитайте состав равновесной смеси,
образующейся при внесении в реакционный сосуд, имеющий объем 2м3, 100
моль водорода и 120 моль оксида углерода (II). Примите, что все вещества,
участвующие в реакции являются идеальными газами.
6-20. Стандартное изменение энергии Гиббса реакции алкилирования
бензола пропиленом
C6Н6(г) + Н3С−СН=СH2(г) ↔ C6Н5−СН−(СН3)2(г)
при 700К равно 64,7 кДж∙моль−1. Рассчитайте состав равновесной смеси, если
в реактор, имеющий объем 0,6м3, помещены 10 моль бензола и 15 моль
пропилена. Примите, что все вещества, участвующие в реакции являются
идеальными газами.
7.Определение направления процесса по уравнению изотермы
химической реакции
7-1. Константа диссоциации N2O4 по уравнению:
N2O4 ↔ 2 NO2
5
при 50°С равна 0,797∙10 Па. Определите направление процесса при
следующих значениях парциальных давлений компонентов:
№ п/п
1
2
3
р(N2O4),Па
1,013∙105
4,052∙105
1,681∙105
р(NO2),Па
1,013∙105
1,792∙105
1,013∙105
7-2. Для реакции
SO2Cl2 ↔ SO2 + Cl2
при 30°C Кр = 2,88∙10 Па. Определите, в каком направлении пойдет процесс
при следующих значениях парциальных давлений компонентов:
3
№ п/п
1
2
3
р(SO2Cl2),Па
4,052∙105
5,565∙103
2,026∙103
р(SO2),Па
2,026∙105
1,013∙103
1,013∙103
р(Cl 2),Па
2,026∙105
1,013∙104
1,013∙104
7-3. Для реакции
СO + Cl2 ↔ СOCl2
при 700К Кр = 1,0685∙
Па . Определите, в каком направлении пойдет
процесс при следующих значениях парциальных давлений компонентов:
10−4
№ п/п
1
2
3
−1
р(СO),Па
1,013∙105
1,013∙105
3,0794∙104
р(Cl2),Па
1,013∙105
1,013∙105
3,0794∙104
р(COCl 2),Па
1,013∙105
10,13∙105
1,013∙105
7-4. Для реакции
2H2(г) + S2(г) ↔ 2H2S(г)
при 830°C Кр = 2,594∙10 Па−1. Определите, в каком направлении пойдет
процесс при следующих значениях парциальных давлений компонентов:
−2
№ п/п
1
2
3
р(Н2),Па
2,026∙105
2,026∙105
2,026∙103
р(S2),Па
1,013∙105
1,39∙103
1,39∙103
р(H2S ),Па
2,026∙105
12,15∙105
16,20∙105
7-5. Для реакции
С2Н4(г) + Н2(г) ↔ С2Н6(г)
при 600°C Кр = 2,864∙10 Па−1. Определите направление процесса при
следующих значениях парциальных давлений реагентов:
−4
№ п/п
1
2
р(С2Н4),Па
4,56∙104
5,06∙103
р(Н2),Па
5,07∙104
1,52∙104
р(C2H6 ),Па
5,07∙103
8,11∙104
7-6. Для реакции
2SO2(г) + O2(г) ↔ 2SO3(г)
при 727°C Кр = 3,417∙10 Па−1. Определите направление процесса при
следующих значениях парциальных давлений компонентов:
−5
№ п/п
1
2
3
р(SO2),Па
7,32∙104
5,71∙104
2,53∙104
р(O2),Па
2,03∙104
1,03∙104
1,27∙104
р(SO3 ),Па
7,8∙103
3,38∙104
6,33∙104
7-7. Для реакции
N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г)
при 350°C Кр = 7,23∙10
Па−2. Определите направление процесса при
следующих значениях парциальных давлений компонентов:
−14
№ п/п
1
2
3
р(N2),Па
1,013∙105
50,65∙105
4,36∙105
р(H2),Па
1,013∙105
151,95∙105
20,26∙105
р(NH3 ),Па
1,013∙105
1,013∙105
6,065∙105
7-8. Константа равновесия реакции
H2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г)
при температуре 420°C рана 50. будет ли происходить образование
йодоводорода в газовой смеси, состоящей из водорода, йода и йодоводорода,
если концентрации этих веществ имеют следующие значения
№ п/п
1
2
3
С(Н2),моль/л
2,0
1,5
1,0
C(I2),моль/л С(HI),моль/л
5,0
10,0
0,25
5,0
2,0
10,0
7-9. Для реакции
PCl3 + Cl2 ↔ PCl5
при 500К Кр = 2,962∙10−5 Па−1. Будет ли происходить образование РСl5 в
газовой смеси, содержащей РСl3, Сl2 и РСl5, если парциальные давления
реагирующих веществ имеют следующие значения:
№ п/п
1
2
3
р(РСl3), Па
1,013∙104
5,065∙105
1,013∙104
р(Cl2), Па
2,026∙105
4,052∙105
1,013∙104
р(PCl5), Па
5,07∙104
1,013∙104
3,039∙105
7-10. Для реакции
CO(г) + H2O(г) ↔ CO2(г) + H2(г)
при 1500K Кр = 0,31. Определите направление процесса при следующих
значениях парциальных давлений компонентов:
№ п/п
1
2
3
р(СO),Па
2,026∙105
19,25∙105
20,26∙105
р(H2O),Па
6,078∙105
2,43∙105
5,065∙105
р(CO2),Па
4,052∙105
4,052∙105
6,078∙105
р(H2),Па
3,039∙105
3,039∙105
2,026∙105
7-11. Для реакции
SO2(г) + NO2(г) ↔ SO3(г) + NO(г)
при 727°C Кр = 7,6. Определите направление процесса при следующих
значениях парциальных давлений компонентов:
№ п/п
1
2
3
р(SO2),Па
1,013∙105
0,399∙105
2,026∙105
р(NO2),Па
6,078∙105
1,013∙105
3,039∙105
р(SO3),Па
2,026∙105
1,52∙105
10,13∙105
р(NO),Па
3,039∙105
2,026∙105
6,078∙105
7-12. Для реакции
4 HCl(г) + O2(г) ↔ 2H2O(г) + 2Cl2(г)
при 900K Кр = 0,923∙10−5 Па−1. Определите направление процесса при
следующих значениях парциальных давлений компонентов:
№ п/п
1
2
3
р(HCl),Па
1,013∙105
1,013∙105
1,013∙105
р(O2),Па
1,013∙105
9,73∙105
10,13∙105
р(H2O),Па
1,013∙105
2,026∙105
1,52∙105
р(Cl2),Па
1,013∙105
1,52∙105
1,52∙105
7-13. Для реакции
СH4(г) + H2O(г) ↔ CO(г) + 3H2(г)
при 1100K Кр = 312,4∙1010 Па2. Определите направление процесса при
следующих значениях парциальных давлений компонентов:
№ п/п
1
2
3
р(СН4),Па
0,203∙105
1,013∙105
1,013∙105
р(Н2О),Па
1,013∙105
2,026∙105
1,053∙105
р(СO),Па
10,13∙105
10,13∙105
12,15∙105
р(Н2),Па
2,026∙105
2,026∙105
3,039∙105
7-14. Для реакции
2СО2(г) + 2H2(г) ↔ CН4(г) + СО2(г)
при 1000K Кр = 2,57∙10−8 Па−1. Определите направление процесса при
следующих значениях парциальных давлений компонентов:
№ п/п
1
2
3
р(СО),Па
1,013∙104
2,013∙104
1,013∙104
р(Н2),Па
2,026∙104
1,601∙104
1,013∙105
р(СН4),Па
2,026∙104
1,32∙104
1,013∙105
р(СО2),Па
6,078∙104
2,026∙105
5,065∙105
7-15. При 360°С и 1,013∙105 Па для реакции
H2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г)
α = 20%. Определите, в каком направлении будет протекать процесс при
следующих значениях парциальных давлений реагирующих веществ:
№ п/п
1
2
3
р(НI), Па
3,039∙104
3,039∙104
3,039∙104
р(I2), Па
5,07∙104
4,76∙102
1,013∙103
р(H2), Па
3,039∙104
3,039∙104
3,039∙104
7-16. Для реакции
СО2 ↔ СО + ½ О2
при 1500К и 1,013∙10 Па α =4,8∙10−4. Определите, в каком направлении
пойдет процесс при следующих значениях исходных парциальных давлений
компонентов:
5
№ п/п
1
2
3
р(СО2), Па
1,013∙105
1,013∙103
1,013∙103
р(СО), Па
1,013∙105
2,026∙102
1,013∙101
р(О2), Па
1,013∙105
12,75∙10−5
12,75∙10−5
7-17. При 1000 K и общем давлении 1,013∙105 Па в результате
взаимодействия монооксида углерода и оксида железа (II) устанавливается
равновесие
FeО(кр) + CO(г) ↔ Fe(кр) + СО2(г).
При этом парциальное давление монооксида углерода равно 265 Торр.
Определите направление протекания реакции при следующих значениях
парциальных давлений компонентов:
№ п/п
1
2
3
р(СО),Па
2,026∙105
1,62∙105
2,026∙105
р(СО2),Па
4,052∙105
3,039∙105
2,026∙105
7-18. Для реакции
Sb2S3(кр) + 3H2(г) ↔ 2 Sb(кр) + 3H2S(г)
при 713K Кр = 0,429. Определите направление процесса при следующих
значениях парциальных давлений компонентов:
№ п/п
1
2
3
р(Н2),Па
0,709∙105
0,674∙105
0,304∙105
р(Н2S),Па
0,507∙105
0,507∙105
0,507∙105
7-19. Для реакции
2FeО(кр) ↔ 2Fe(кр) + О2(г).
при 1000K Кр = 3,14∙10 Па. Определите направление процесса при
следующих значениях парциального давления кислорода над смесью оксида
железа (II) и железа:
−3
№ п/п
1
2
3
р(О2),Па
4,052∙10−3
3,14∙10−3
2,026∙10−3
7-20. Для реакции
С6H12(г) ↔ C4H6(г) + C2H6(г).
при 800K Кр = 24,9∙10 Па. Давление в системе равно 10,13∙105 Па.
Определите направление процесса при следующих составах исходной смеси:
5
№ п/п
1
2
3
ν(С6H12),моль ν(C4H6),моль ν(C2H6),моль
6,0
4,0
2,0
1,0
6,0
6,0
0,6
9,546
1,854
8. Вычисление константы равновесия
в смеси реальных газов
8-1. Вычислите выход этанола (в мольных долях) по уравнению
реакции
C2H4(г) + H2O(г) ↔ C2H5OH(г)
из смеси этилена и водяного пара при температуре T и давлении Р
№
варианта
1
2
3
4
5
t,°C
250
300
300
350
350
lg Kf
([Kf] = кПа−1)
−4,1958
−4,5657
−4,5657
−4,8758
−4,8758
Р, кПа
8106,40
12156,0
15199,5
15199,5
20266,0
8-2. Вычислите выход этанола (в мольных долях) по уравнению
реакции
C2H4(г) + H2O(г) ↔ C2H5OH(г)
при температуре 250°С, давлении Р и различных соотношениях водяного
пара и этилена в исходной смеси, если lg Kf = −4,1958 ([Kf] = кПа−1)
№
варианта
6
7
8
9
10
ν(H2О): ν(С2Н4)
Р, кПа
0,2 : 1
0,4 : 1
0,4 : 1
0,6 : 1
0,8 : 1
10133,0
10133,0
8106,4
8106,4
8106,4
8-3. Вычислите выход пропанола (в мольных долях), получаемого по
уравнению реакции
C3H6(г) + H2O(г) ↔ C3H7OH(г)
под давлением 20266 кПа и температуре t из смеси стехиометрического
1920
состава. Для данной реакции lgKf =
− 7,8856 ([Kf] = кПа−1)
Т
№
варианта
11
12
t°С
250
200
8-4. Вычислите выход бутанола (в мольных долях), получаемого по
уравнению реакции
C4H8(г) + H2O(г) ↔ C4H9OH(г)
при температуре t и давлении Р из смеси стехиометрического состава. Для
1845
данной реакции lgKf =
− 8,4006 ([Kf] = кПа−1)
Т
№
варианта
13
14
15
16
t°С
Р, кПа
250
250
200
200
15199,5
20266,0
15199,5
20266,0
8-5. Вычислите выход ацетонитрила (в мольных долях), получаемого
из стехиометрической смеси этилена и аммиака по уравнению реакции
C2H4(г) + NH3(г) ↔ CH3CN(г) + 2H2(г)
под давлением 20266 кПа и температуре Т.
№
варианта
17
18
19
20
Т, К
250
300
300
350
lg Kf
([Kf] = кПа)
1,5128
2,4288
2,9557
3,4908
9. Расчеты по уравнению изобары химической реакции
9-1. Константа равновесия реакции
H2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г)
При 633 К равна 61,6 , а при 718 К −41,7. Вычислите средний тепловой
эффект реакции в этом интервале температур.
9-2. Для реакции
2С(графит) + 2Н2(г) ↔ СН4(г)
при 700°С Кр = 0,1924∙10 Па−1 и при 750°С Кр = 0,1159∙10−5 Па−1. Вычислите
средний тепловой эффект реакции в этом интервале температур.
−5
9-3. Определите тепловой эффект реакции диссоциации магнезита
MgCO3(кр) ↔ MgO(кр) + CO2(г),
если давление диссоциации при 490°С равно 59 Торр, а при температуре
540°С – 747 Торр.
9-4. Определите стандартную энтальпию реакции
Аg2CO3(кр) ↔ Аg2O(кр) + CO2(г),
если константа равновесия при 350 К равна 3,98 ∙10−4 Па, а при температуре
500 К – 1,48 Па.
9-5. Давление диссоциации кальцита при 871°С равно 71582 Па, а при
891°С – 91177 Па. Определите тепловой эффект реакции диссоциации
CaCO3(кр) ↔ CaO(кр) + CO2(г).
9-6. Оксид ртути диссоциирует по реакции
2HgO(кр) ↔ 2Hg(г) + O2(г).
При 420°С давление газов равно 5,16 ∙104 Па, а при 450°С оно
составляет 10,8 ∙104 Па. Рассчитайте константы равновесия реакции при двух
температурах и стандартную энтальпию реакции.
9-7. При диссоциации NH4Cl при 427°С давление пара равно 608 кПа, а
при увеличении температуры до 459°С оно составляет 1115 кПа. Рассчитайте
константы равновесия реакции при двух температурах и стандартную
энтальпию реакции.
9-8. Давление диссоциации магнезита при 813 К равно 9,959∙10 4 Па, а
при 843 К – 17,865∙104 Па. Определите тепловой эффект реакции
диссоциации
MgCO3(кр) ↔ MgO(кр) + CO2(г).
Рассчитайте, при какой температуре давление диссоциации станет
равным 1,0133∙105 Па.
9-9. Константа равновесия для системы
N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) + 92,51 кДж
7
при 823 К и 1,013∙10 Па равна 7,144∙10−14. Определите константу равновесия
при температуре 850 К.
9-10. Для реакции
2СО2(г) ↔ 2СО(г) + О2(г)
Кр = 4,044∙10
Па при 1000К. Вычислите константу равновесия этой
реакции при 2000К, если среднее значение теплового эффекта Qр = 561,3
кДж∙моль−1.
−15
9-11. Определите константу равновесия Кр реакции
SO2(г) + ½ О2(г) ↔ SO3(г)
при температуре 700К, если при 500К Кр = 588,9 Па-0,5,а тепловой эффект
реакции в этом температурном интервале равен 99,48 кДж∙моль−1.
9-12. Константа равновесия для системы
SO2(г) + ½ О2(г) ↔ SO3(г) + 94,27 кДж
при 1000 К равна 5,845∙10-3 Па-0,5. Определите константу равновесия Кс при
температуре 975 К.
9-13. Константа равновесия для системы
2СO(г) ↔ С(графит) + СО2(г)
-8
при 1000 К равна 8,1∙10 Па−1. Определите константу равновесия Кс при
температуре 1060 К. если тепловой эффект реакции в этом интервале
температур равен 109,5 кДж∙моль−1.
9-14. Для реакции
N2O4(г) ↔ 2 NO2(г)
константа равновесия при 0°С равна 1,56∙103 Па, а при 18,3°С −7,35∙103 Па .
вычислите константу равновесия этой реакции при 25°С.
9-15. Для реакции
SO2(г) + ½ О2(г) ↔ SO3(г) + 94,27 кДж
константа равновесия при 900К Кр = 2,043∙10−2 Па-0,5, а при 950К Кр =
1,062∙10−2 Па-0,5. Определите значение константы равновесия при 930К.
9-16. Давление диссоциации кальцита при 1150 К равно 0,699∙10 5 Па.
Теплота диссоциации равна 167360 Дж∙моль−1. Определите температуру, при
которой давление диссоциации кальцита равно 1,013∙105 Па.
9-17. Давление диссоциации оксида свинца (II) при 600 К равно
9,525∙10−26 Па, а при температуре 800 К – 2,33∙10−16 Па. Определите
температуру, при которой оксид свинца (II) будет разлагаться на воздухе.
9-18. Йодоводород диссоциирует при нагревании до температуры
280°С на 17,8%, а при нагревании до 520°С – на 24,48%. Определите степень
диссоциации йодоводорода при температуре 300°С.
9-19. Степень диссоциации пентахлорида фосфора при 473 К и
1,013∙105 Па равна 0,485, а при 523К и том же давлении −0,8. Рассчитайте
средний тепловой эффект реакции
PCl5(г) ↔ PCl3(г) + Cl2(г)
при постоянном давлении в интервале температур от 473 до 523К.
9-20. Тепловой эффект реакции
PCl5(г) ↔ PCl3(г) + Cl2(г)
в температурном интервале от 475 до 575 К равен 91546 Дж. Степень
диссоциации пентахлорида фосфора при 475 К и 1,013∙10 5 Па равна 0,428.
Определите степень диссоциации пентахлорида фосфора при 575 К.
9-21. Фосген диссоциирует по уравнению:
COCl2(г) ↔ CO(г) + Cl2(г)
При температуре 300°С и давлении 1,013∙105 Па степень диссоциации
фосгена равна 3,9%, а при температуре 500°С и том же давлении степень
диссоциации равна 55%. Рассчитайте средний тепловой эффект реакции в
указанном интервале температур.
9-21. Энтальпия образования Mn3O4 равна −1387,69 кДж∙моль−1.
Определите температуру, при которой оксид разложится на простые
вещества при нагревании на воздухе. Давление диссоциации Mn3O4 при
450°С равно 6,655∙10−36 Торр.
9-22. Для реакции
Fe3O4(кр) + 4CO(г) ↔ 3Fe(кр) + 4CO2(г)
при 1091 К Кр = 2,49, а при температуре 1312 К Кр = 4,5. Рассчитайте
тепловой эффект процесса восстановления Fe3O4. При какой температуре
константа равновесия Кр = 5,4?
9-23. Железо и водяной пар реагируют по уравнению:
FeO(кр) + Н2O(г) ↔ Fe(кр) + Н2(г).
Температура реакции 1025°С, давление 1,013∙105 Па. При установлении
равновесия парциальное давление водорода равно 427 Торр, а парциальное
давление водяного пара – 333 Торр. При температуре реакции 900°С
парциальные давления водяного пара и водорода равны 310 и 450 Торр
соответственно. Рассчитайте средний тепловой эффект реакции в этом
интервале температур.
9-24. Константа равновесия реакции
C(кокс) + CO2(г) ↔ 2CO(г)
при температуре 1000К равна 1,886∙105 Па. Определите состав газовой фазы
при общем давлении 5,07∙105 Па. Вычислите состав газовой фазы при
повышении температуры на 200К, учитывая что тепловой эффект реакции в
интервале температур 1000-1200К равен 169,7 кДж∙моль−1.
10. Расчет константы равновесия методом Темкина − Шварцмана
1. Запишите в тетрадь уравнение реакции вашего варианта (см. табл.
вариантов).
2. Составьте таблицу термодинамических данных по форме:
Термодинамические свойства
Веще ∆H f,298,
S 298,
∆G0 f,298,
Коэфф-ты в уравнении С =
-ство кДж/мол Дж/(моль∙К) кДж/мол
f(T)
ь
ь
a
b
c′
c
0
∆H0298
0
ΔS0298
∆G0298
Δa
Δb
Δc′
Δc
3. Рассчитайте изменение стандартной энтальпии ∆H0298 (тепловой эффект),
изменение стандартной энтропии ∆S0298 и изменение стандартной энергии
Гиббса ∆G0298 химической реакции при температуре 298К.
4. Рассчитайте изменение стандартной энтальпии (тепловой эффект) и
изменение стандартной энтропии химической реакции при температурах,
указанных в таблице вариантов, используя интегральные уравнения:
Т
Т ΔС dT
Р .
∆H0T = ∆H0298 +  ΔСРdT ;
∆S0T = ∆S0298 + 
Т
298
298
5. Рассчитайте изменение теплоемкости в ходе химической реакции ∆СР при
температуре 298 К и при температурах, указанных в таблице вариантов.
6. Постройте графики зависимостей ∆H0T = f (T) и ∆СР = f(T) на
миллиметровой бумаге.
7. Вычислите константу равновесия Кa заданной реакции при температуре
298К, используя уравнение изотермы химической реакции для
стандартных условий
ln Ka,298 = – ∆G0298/RT;
8. Вычислите константы равновесия Кa заданной реакции при температурах,
указанных в таблице вариантов, используя метод Темкина и Шварцмана:
ΔH 0 298
ΔS0 298 1
lnКa = −
+
+ (∆a∙M0 + Δb∙M1 + Δc∙М2 + Δc′∙М−2).
R
RT
R
9. Постройте график зависимости ln Ka = f(T) на миллиметровой бумаге.
10.По результатам расчетов и графических построений сделайте выводы. В
выводах укажите знаки ∆H0T, ∆S0T, ∆G0Т, возможность самопроизвольного
протекания реакции при заданных температурах, характер изменения этих
термодинамических функций. Проанализируйте характер изменения
константы равновесия (lnКa) с ростом температуры, отметьте взаимосвязь
между знаком ∆H0298 и зависимостью ln Kа = f(T). Сравните характер
зависимостей ∆H0T = f (T) и ∆СР = f(T) и сделайте вывод о взаимосвязи
между ними.
Таблица вариантов
№
Уравнение реакции
вар.
1
N2(г) + O2(г) = 2NO(г)
2
2 NO(г) + O2(г) = 2NO2(г)
3
N2O(г) + H2(г) = H2O(г) + N2(г)
4
N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г)
5
4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(г)
6
4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(г)
7
2 CO(г) + O2(г) = 2 CO2(г)
8
PCl3(г) + Cl2(г) = PCl5(г)
9
CO2(г) + H2(г) = CO(г) + H2O(г)
10
2SO2(г) + O2(г) = 2SO3(г)
11
S2(г) + 2O2(г) = 2SO2(г)
12
S2(г) + 3O2(г) = 2SO3(г)
13
H2(г) + Cl2(г) = 2HCl(г)
*
14
H2(г) + Br2(г) = 2HBr(г)
*
15
H2(г) + I2 (г) = 2HI(г)
16
H2(г) + F2(г) = 2HF(г)
17
2H2(г) + S2(г) = 2H2S(г)
18
2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г)
19
CS2(г) + 3O2(г) = CO2(г) + 2SO2(г)
20
CS2(г) + 4H2(г) = 2H2S(г) + CH4(г)
21
2СO(г) + S2(г) = 2COS(г)
22
CH4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(г)
23
CH4(г) + CO2(г) = 2CO(г) + 2H2(г)
24
CH4(г) + 2H2O(г) = 2CO2(г) + 4H2(г)
25
2CH4(г) + 3O2(г) = 2CO(г) + 4H2O(г)
26
2CH4(г) + O2(г) = 2CO(г) + 4H2(г)
27
CH4(г) + 2S2(г) = CS2(г) + 2H2S(г)
28 2H2S(г) + 3O2(г) = 2SO2(г) + 2H2O(г)
29
2H2S(г) + O2(г) = S2(г) + 2H2O(г)
30
SO2(г) + NO2(г) = SO3 (г) + NO(г)
31
4CO(г) + 2SO2(г) = S2(г) + 4CO2(г)
32
4HF(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2F2(г)
33
4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Cl2(г)
*
34
4HBr(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Br2(г)
35*
4HI(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2I2(г)
Интервал
темп-р, К
Значения
температур, К
298 − 2500
298 − 1500
298 − 2000
298 − 1800
298 − 1800
298 − 1800
298 − 3000
298 − 1000
298 − 2500
298 − 1300
298 − 2000
298 − 2000
298 − 3000
298 − 1600
298 − 2000
298 − 2500
298 − 1800
298 − 3000
298 − 1800
298 − 1800
298 − 1800
298 − 1500
298 − 1500
298 − 1500
298 − 1500
298 − 1500
298 − 1500
298 − 1800
298 − 1800
298 − 1300
298 − 1800
298 − 2000
298 − 3000
298 − 1600
298 − 2000
500,1000,1500,2000, 2500
500, 750,1000,1250,1500
500, 800,1200,1600, 2000
600, 900,1200,1500,1800
600, 900,1200,1500,1800
600, 900,1200,1500,1800
500,1000,1500,2000, 2500
400,500, 600,800, 1000
500,1000,1500,2000, 2500
500, 700,900, 1100, 1300
500, 800,1200,1600, 2000
500, 800,1200,1600, 2000
500,1000,1500,2000, 2500
500, 800,1000,1300,1600
500, 800,1200,1600, 2000
500,1000,1500,2000, 2500
600, 900,1200,1500,1800
500,1000,1500,2000, 2500
600, 900,1200,1500,1800
600, 900,1200,1500,1800
600, 900,1200,1500,1800
500, 750,1000,1250,1500
500, 750,1000,1250,1500
500, 750,1000,1250,1500
500, 750,1000,1250,1500
500, 750,1000,1250,1500
500, 750,1000,1250,1500
600, 900,1200,1500,1800
600, 900,1200,1500,1800
500, 700,900, 1100, 1300
600, 900,1200,1500,1800
500, 800,1200,1600, 2000
500,1000,1500,2000, 2500
500, 800,1000,1300,1600
500, 800,1200,1600, 2000
*Примечание: обратите внимание на то, что Br2(г) и I2(г) при заданных
условиях находятся в неустойчивом агрегатном состоянии (∆H 0f,298(Br2(г))
≠ 0 и ∆H 0f,298(I2(г)) ≠ 0).