Задачи на следствие из закона Гесса

Задачи на концентрации растворов

1) Раствор серной кислоты имеет при 20^оС плотность 1,0731г/мл и ω = 11масс% H₂SO₄ . (Ответ из табл. - 1,203 М, 118,0 г/л)

Рассчитать молярность С моляльность m и мольную долю x для серной кислоты.

2) СаSO₄∙0,5H₂O кр + 1,5H₂O ж = СаSO₄∙2H₂O кр

алебастр иначе жженый гипс гипс

Рассчитать, сколько нужно взять по массе алебастра и (минимально) воды для приготовления 2 кг гипса

 

3) Обычный цемент (силикатцемент) получают путем обжига глины с известняком:

СаСO₃ = СаO + СO₂

известняк

Al₂O₃∙2SiO₂ ∙2H₂O + СаO → хСаO∙уSiO₂ + nCaO∙mAl₂O₃

каолин (основа глин) силикаты и алюминаты кальция

 

Портландцемент имеет состав (ХЭС):

алит 3СаO∙SiO2	45-65%
белит 2СаO∙SiO2	10-25%
трехкальциевый алюминат 3CaO∙Al2O3	4-12%
четыркхкальциевый алюмоферрит 4CaO∙Al2O3∙Fe2O3	1-15%
гипс СаSO4∙2H2O	до 5%

 

Какое количество известняка (100% СаСO₃) нужно использовать для приготовления 100 кг портландцемента с составом последнем столбце таблицы? Какой объем СО2 при н.у. выделится при обжиге этого количества известняка?

 

 

(Затвердевание цемента

а) взаимодействие с водой

СаO∙SiO₂ + nH₂O = 2СаO∙SiO₂ ∙2H₂O + Са(OH)₂ +(n-3)H₂O

б) схватывание

Са(OH)₂ аморфный выделяется и обволакивает цементные зерна, превращая их в связную массу

в) кристаллизация

частицы Са(OH)₂ укрупняются, превращаясь в длинные игольчатые кристаллы, которые уплотняют массу силиката кальция)

 

Задачи на закон Гесса

1) Определить теплоту образования Fe₂O₃ (т) по данным

 

1) 2Fe(т)+3/2O₂ (г) → Fe₂O₃ (т) DH₁ =?

Эта же реакция может идти другим путем, через образование промежуточных продуктов

2) 2Fe(т)+O₂ (г) → 2FeO (т) DH₂ = – 527 кДж

3) 2FeО(т)+1/2O₂ (г) → Fe₂O₃ (т) DH₃ = – 294 кДж

 

Все реакции протекают при постоянном давлении, начальные и конечные состояния (температура, агрегатное состояние и др) для реакций одинаковы.

Можно определить тепловой эффект одной из реакций, зная тепловые эффекты двух других.

1. Метод алгебраического сложения термохимических уравнений.

Суммируем реакции 2 и 3, сокращаем одноименные слагаемые.

Получим

2Fe(т)+3/2O₂ (г) → Fe₂O₃ (т) DH₂+DH₃ (4)

Получается, что уравнение 4 совпадает с уравнением 1, значит, DH₂+DH₃ =DH₁

Действительно) DH₂+DH₃ = -527+(-294)=-821 кДж, совпадает с DH₁.

 

2. метод термохимических схем.

Схема имеет такой вид

DH₁ Тепловой эффект реакции по

Первому пути

2Fe(т) 1 Fe₂O₃ (т) равен сумме тепловых эффектов по

+3/2O₂ (г) второму (обходному) пути

+O₂ (г) DH₂ DH₃ +1/2O₂ (г)

 

2 FeО(т) 2

2) Вычислить стандартную теплоту образования DH ⁰₁ для уксусной кислоты при 25⁰С.

1) 2С(т) +2Н₂(г) +О₂ (г) = СН₃СООН (ж) DH ⁰₁ -?

из значений DH⁰ для реакций

2) СН₃СООН (ж) + 2О₂ = 2 СО₂(г) +2Н₂О(ж) DH ⁰₂ = – 208340кал/моль

3) С(т) +О₂ (г) =СО₂(г) DH ⁰₃ = – 94050 кал/моль

4) Н₂(г)+1/2О₂ (г) = Н₂О(ж) DH ⁰₄ = –68320кал/моль

 

решение

1) методом алгебраич. действий

Для каждого из уравнений (3) и (4) умножим обе части на 2, и сложим полученные выражения, получим уравнение (5).

2С(т) +2О₂ (г) =2СО₂(г) + 2DH ⁰₃

2Н₂(г)+О₂ (г) = 2Н₂О(ж) +2DH ⁰₄

2С(т) +2О₂ (г)+ 2Н₂(г)+О₂ (г) = 2СО₂(г) + 2DH ⁰₃ +2Н₂О(ж) +2DH ⁰₄ (5)

 

 

Вычтем уравнение (2) из уравнения (5)

2С(т) +2О₂ (г)+ 2Н₂(г) +О₂ (г) – СН₃СООН (ж) – 2О₂ = 2СО₂(г) + 2DH ⁰₃ + 2Н₂О(ж) +2DH ⁰₄ –

–2 СО₂(г) –2Н₂О(ж) – DH ⁰₂

останется

2С(т) + 2Н₂(г) + О₂ (г) – СН₃СООН (ж) = 2DH ⁰₃ +2DH ⁰₄ – DH ⁰₂

Перенесем укс к-ту в правую часть с переменой знака

2С(т) + 2Н₂(г) + О₂ (г) = СН₃СООН (ж)+ 2DH ⁰₃ +2DH ⁰₄ – DH ⁰₂

это и есть DH ⁰₁

-116,4ккал/моль

 

 

2) методом термохимических схем. DH ⁰₁

2С(т) + 2Н₂ (г) + О₂ (г) СН₃СООН (ж)

2DH ⁰₄

+2О₂ 2DH ⁰₃ 2Н₂О(ж) +2О₂

DH ⁰₂

 

2СО₂(г)

 

 

У нас получаются два пути, приводящие к одним и тем же продуктам из исходных веществ

путь 1 - слева, путь 2 -справа (в обход чрез уксусную кислоту).Следить, чтобы количество приписываемых дополнительных продуктов(+2О₂) слева и справа было одинаковым

Отсюда

2DH ⁰₃ + 2DH ⁰₄ = DH ⁰₁ +DH ⁰₂

DH ⁰₁ = 2DH ⁰₃ +2DH ⁰₄ – DH ⁰₂

 

чтобы перевести кал в Дж, надо умножить на 4.184

 

 

Задачи на следствие из закона Гесса

1. Определить тепловой эффект реакции (ΔН) при стандартных условиях:

Теплота будет выделяться или поглощаться?

реакция	изобарная теплота образования, Δ f Н, кДж/моль
Mg SO4 кр + 6H2O ж = MgSO4∙6H2O кр	-1287,42	-285,83	-3089,50	-
СН4 г + О2 г = СО2 г + Н2О ж	-74,85		-393,51	-285,83

Задачи на вычисление Δ_rG и определение направления самопроизвольного протекания реакции

1). По значениям теплоты образования и энтропии реагентов (не по энергии Гиббса их образования!) вычислить энергию Гиббса реакции и сказать, в каком направлении она пойдет самопроизвольно