Энергетика химических реакций. Задачи для защиты модуля 2 по курсу химии
Покупка
Новинка
Авторы:
Слынько Лариса Евгеньевна, Ермолаева Виолетта Ивановна, Романко Ольга Ильинична, Степанов Михаил Борисович
Год издания: 2013
Кол-во страниц: 24
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-3661-3
Артикул: 826586.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Приведены типовые задачи по темам "Первый закон термодинамики", "Второй закон термодинамики", "Химическое равновесие", "Кинетика гомогенных и гетерогенных химических реакций", предназначенные для контроля знаний студентов по указанным темам модуля 2 курса химии в техническом университете.
Для студентов первого и второго курсов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих химию по программе бакалавриата.
Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научно-учебного комплекса "Фундаментальные науки" МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МОДУЛЯ 2 ПО КУРСУ ХИМИИ Методические указания М о с к в а Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2 0 1 3
УДК 946.04 ББК 24.12 Э65 Авторы: Л.Е. Слынько, В.И. Ермолаева, О.И. Романко, М.Б. Степанов Рецензент Г.Н. Фадеев Энергетика химических реакций. Задачи для защиты модуля 2 по курсу химии : метод. указания / [Л.Е. Слынько и др.] — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. — 18, [6] с. : ил. ISBN 978-5-7038-3661-3 Приведены типовые задачи по темам «Первый закон термодинамики», « Второй закон термодинамики», «Химическое равновесие», « Кинетика гомогенных и гетерогенных химических реакций», предназначенные для контроля знаний студентов по указанным темам модуля 2 курса химии в техническом университете. Для студентов первого и второго курсов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих химию по программе бака- лавриата. Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научно-учебного комплекса «Фундаментальные науки» МГТУ им. Н.Э. Баумана. УДК 946.04 ББК 24.12 ISBN 978-5-7038-3661-3 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 Э65
ПРЕДИСЛОВИЕ В связи с переходом технических университетов на блочно- модульную организацию учебного процесса с рейтинговой системой оценки знаний усилилась роль текущего контроля, проводимого для выяснения степени усвоения студентами отдельных тем пройденного материала. В семестре предусмотрено проведение двух-трех контрольных мероприятий, во время которых студент должен подтвердить свое умение решать расчетные и логические задачи. Цель методических указаний — обеспечить единство требований преподавателя к студенту. Достаточно большой набор вопросов и задач дает возможность преподавателю составить необходимое число вариантов с неповторяющимися задачами, что позволит объективно оценить уровень знаний студентов.
1. ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ Термодинамические данные, необходимые для решения задач этого раздела, приведены в приложении. 1.1. Первый закон термодинамики В задачах 1–24 вычислите стандартный тепловой эффект реакции при следующих видах ее проведения: а) изобарном — 0 298; rH б) изохорном — 0 298 rU Номер задачи Уравнение реакции Номер задачи Уравнение реакции 1 H2O(г) + CO(г) = CO2(г) + H2(г) 13 Fe(т) + H2O(г) = FeO(к) + H2(г) 2 CH4(г) + H2O(г) = CO(г) + 3H2(г) 14 2CO2(г) = 2CO(г) + O2(г) 3 Fe2O3(к)+Mg(к)=2Fe(к)+MgO(к) 15 Fe2O3(к) + CO(г) = 2FeO(к) + CO2(г) 4 MnO(к) + H2(г) = Mn( к) + H2O(г) 16 PbO(к) + CO(г) = Pb(к) + CO2(г) 6 Fe3O4(к) + 4H2(г) = Fe(к) + 4H2O(г) 18 FeO(к) + Mn(к) = MnO(к) + Fe(к) 7 S(к) + 2N2O(г) = SO2(г) + 2N2(г) 19 2FeO(т) + Si(т) = 2Fe(т) + SiO2(т) 8 H2S(г) + Cl2(г) = 2HCl(г) + S(к) 20 FeO + C(графит) = Fe + CO 9 CO(г) + H2O(г) = CO2(г) + H2(г) 21 3Fe2O3(к) + H2(г) = 2Fe3O4(к) + + H2O(г) 10 Fe2O3(к) + 3CO(г) = 2Fe(к) + + 3CO2(г) 22 GeO2(к) + 2Cl2(г) + 2C(к) = = GeCl4(г) + 2CO(г) 11 2PbS(к) + 3O2(г) = 2PbO(к) + + 2SO2(г) 23 CH4(г) + H2O(г) = CO(г) + 3H2(г) 12 CaCO3(к) = CaO(к) + CO2(г) 24 WO3(г) + 3H2(г) = W(к) + 3H2O(г)
В задачах 25–34 по заданным термохимическим уравнениям рассчитайте стандартную энтальпию образования указанного вещества из простых веществ по уравнению xЭ1 + yЭ2 = ЭxЭy Номер задачи Термохимические уравнения реакций, 0 298, , r i H кДж/моль Вещество 25 (I) 4As(к) + 3O2(г) = 2As2O3(к); 0 I rH = –1328; (II) As2O3(к) + O2(г) = As2O5(к); 0 II rH = –261 As2O5(к) 26 (I) 2As(к) + 3F2(г) = 2AsF3(г); 0 I rH = –1842; (II) AsF5(г) = AsF3(г) + F2(г); 0 II rH = +317 AsF5(г) 27 (I) Zr(к) + ZrCl4(г) = 2ZrCl2(г); 0 I rH = +215; (II) Zr(к) + 2Cl2(г) = ZrCl4(г); 0 I rH = +867 ZrCl2(г) 28 (I) CuCl2(к) + Cu(к) = 2CuCl(к); 0 I rH = –56; (II) Cu(к) + Cl2(к) = СuCl2(к); 0 II rH = –216 CuCl(к) 29 (I) Ir(к) + 2S(г) = IrS2(т); 0 I rH = –144; (II) 2IrS2(к) = Ir2S3(к) + S(к); 0 II rH = +43 Ir2S3(к) 30 (I) 2С(к) + O2(г) = 2СO(г); 0 I rH = –220; (II) СO(г) + F2(г) = COF2(г); 0 II rH = –525 COF2 31 (I) 2Сr(к) + 3F2(г) = 2СrF3(к); 0 I rH = –2224; (II) 2СrF3(к) + Cr(к) = 3CrF2(к); 0 II rH = –38 CrF2(к) 32 (I) 2Pb(к) + O2(г) = 2PbO(к); 0 I rH = –438; (II) 2PbO2(к) = 2PbO(к) + O2(г); 0 II rH = +116 PbO2(к) 33 (I) 2P(к) + 3Cl2(г) = 2PCl3(г); 0 I H r = –574; (II) PCl5(г) = PCl3(г) + Cl2(г); 0 II rH = +88 PCl5 34 (I) 2ClF5(г) = Cl2F6(г) + 2F2(г); 0 I rH = +152; (II) Сl2(г) + 5F2(г) = 2ClF5(г); 0 II rH = –478 Cl2F6
1.2. Второй закон термодинамики. Химическое равновесие В задачах 35–45 рассчитайте стандартную энергию Гиббса 0 298 rG при заданной температуре, укажите, в каком направлении (прямом или обратном) реакция протекает самопроизвольно. Оцените вклад энтальпийного и энтропийного факторов в значение 0 298. rG Номер задачи Уравнение реакции Т, K 35 2H2(г) + CO(г) ↔ CH3OH(ж) 400 36 4HCl(г) + O2(г) ↔ 2H2O(г) + 2Cl2(г) 700 37 2N2(г) + 6H2O(г) ↔ 4NH3(г) + 3O2(г) 1300 38 4NO(г) + 6H2O(г) ↔ 4NH3(г) + 5O2(г) 1000 39 2NO2(г) ↔ 2NO(г) + O2(г) 700 40 N2O4(г) ↔ 2NO2(г) 400 41 S2(г) + 4H2O(г) ↔ 2SO2(г) + 4H2(г) 1000 42 S2(г) + 4CO2(г) ↔ 2SO2(г) + 4CO(г) 900 43 2SO2(г) + O2(г) ↔ 2SO3(г) 700 44 CO(г) + 3H2(г) ↔ CH4(г) + H2O(г) 1000 45 4CO(г) +2SO2(г) ↔ S2(г) + 4CO2(г) 900 В задачах 46–56 определите температуру, при которой равновероятно как прямое, так и обратное протекание реакции. Объясните, как нужно изменить температуру и давление, чтобы реакция протекала преимущественно в прямом направлении. Номер задачи Уравнение реакции 46 FeO(к) + CO(г) ↔ Fe(к) + CO2(г) 47 WO3(к) + 3H2(г) ↔ W(к) + 3H2O(г) 48 NH4Cl(к) ↔ NH3(г) + HCl(г) 49 Mg(OH)2(к) ↔ MgO(к) + H2O(г)
Номер задачи Уравнение реакции 50 H2O(г) + C(графит) ↔ CO(г) + H2(г) 51 PbO2(к) + C(графит) ↔ Pb(к)+ CO2(г) 52 MnO2(к) + 2H2 ↔ Mn(к) + 2H2O(г) 53 3Fe(к)+ 4H2O(г) ↔ Fe3O4(к) + 4H2(г) 54 C6H6(г) + 3H2(г) ↔ C6H12(г) 55 Ni(OH)2(к) ↔ NiO(к) + H2O(г) 56 2CrCl3(к) ↔ 2CrCl2(к) + Cl2(г) В задачах 57–67 для газофазной реакции А + В ↔ D + F рассчитайте константу равновесия 0 p K при заданной температуре и равновесный состав системы при этой температуре, если известны значения 0 r T G и начальные концентрации реагирующих веществ С0. Номер задачи 0 r T G , кДж/моль Т, K Начальные концентрации реагирующих веществ, моль/л С0,A С0,B С0,D С0,F 57 –20,8 1000 1,0 1,0 0,0 0,0 58 –12,5 500 1,0 1,0 0,02 0,02 59 –18,4 1300 2,0 1,0 0,0 0,0 60 –11,8 1250 2,0 2,0 0,05 0,05 61 –24,2 850 2,0 3,0 0,0 0,0 62 –19,5 970 1,8 2,0 0,0 0,0 63 –10,7 1500 2,5 3,0 0,04 0,04 64 –13,1 600 1,0 1,0 0,0 0,0 65 –21,2 1000 2,0 2,0 0,0 0,0 66 –8,9 800 1,0 1,0 0,01 0,01 67 –7,6 400 0,8 0,8 0,0 0,0
В задачах 68–91 рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса 0 r T G и константу равновесия 0 p K при заданной темпера- туре T. Укажите, в каком направлении протекает реакция при данной температуре, и обозначьте направление смещения равновесия при увеличении температуры. При обосновании выбора направления смещения равновесия используйте уравнение изобары химической реакции. Номер задачи Уравнение реакции Т, K 68 4HCl(г) + O2(г) → 2H2O(г)+ 2Cl2(г) 750 69 2N2(г) + 6H2O(г) → 4NH3(г) + 3O2(г) 1300 70 4NO(г) + 6H2O(г) → 4NH3(г)+ 5O2(г) 1000 71 2NO2(г) → 2NO(г) + O2(г) 700 72 N2O4(г) → 2NO2(г) 400 73 S2(г) + 4H2O(г) → 2SO2(г) + 4H2(г) 1000 74 S2(г) + 4CO2(г) → 2SO2(г) + 4CO(г) 900 75 2SO2(г) + O2(г) → 2SO3(г) 700 76 CO2(г) + H2(г) → CO(г) + H2O(г) 1200 77 SO2(г) + Cl2(г) → SO2Cl2(г) 400 78 CO(г) + 3H2(г) → CH4(г) + H2O(г) 1000 79 4CO(г) + SO2(г) → S2(г) + 4CO2(г) 900 80 C2H5OH(г) → C2H4(г) + H2O(г) 400 81 FeO(к) + CO(г) → Fe(к) + CO2(г) 1000 82 WO3(к) + 3H2(г) → W(к) + 2H2O(г) 2000 83 NH4Cl(к) → NH3 + HCl 500 84 Mg(OH)2(к) → MgO(к) + H2O(г) 500 85 H2O(г) + C(графит) → CO(г) + H2(г) 1000 86 PbO2(к) + C(графит) → Pb(к) + CO2(г) 1000 87 MnO2(к) + 2H2 → Mn(к) + 2H2O(г) 1000 88 3Fe(к) + 4H2O(г) → Fe3O4(к) + 4H2(г) 1000 89 C6H6(г) + 3H2(г) → C6H12(г) 600 90 Ni(OH)2(к) → NiO(к) + H2O(г) 500 91 2CrCl3(к) → 2CrCl2(к) + Cl2(г) 500
В задачах 92–115 определите, при какой температуре в системе устанавливается химическое равновесие, укажите, используя уравнение изобары химической реакции, в каком направлении протекает реакция при температуре, отличающейся от равновесной в большую или меньшую сторону. Номер задачи Уравнение реакции 92 CH4(г) + CO2(г) ↔ CH3COOH(ж) 93 2H2(г) + CO2(г) ↔ HCOH(ж) + H2O(ж) 94 CO2(г) + H2(г) ↔ HCOOH(ж) 95 2SO2(г) + O2(г) ↔ 2SO3(г) 96 CO(г) + 2H2(г) ↔ CH3OH(г) 97 Ca(OH)2(к) ↔ CaO(к) + H2O(г) 98 CaCO3(к) ↔ CaO(к) + CO2(г) 99 NH4Cl(к) ↔ NH3(г) + HCl(г) 100 H2(г) + Cl2(г) ↔ 2HCl(г) 101 O2(г) ↔ 2O(г) 102 CO2(г) + H2(г) ↔ CO(г) +H2O(г) 103 2CO(г) + O2(г) ↔ 2CO2(г) 104 2H2(г) + O2(г) ↔ 2H2O(г) 105 N2(г) ↔ 2N(г) 106 2NO(г) ↔ N2(г) + O2(г) 107 CH4(г) + H2O(г) ↔ CO(г) + 3H2(г) 108 CH4(г) + CO2(г) ↔ 2CO(г) + 2H2(г) 109 2CH4(г) ↔ C2H2(г) + 3H2(г) 110 F2(г) ↔ 2F(г) 111 Cl2(г) ↔ 2Cl(г) 112 HCl(г) ↔ H(г) + Cl(г) 113 HF(г) ↔ H(г) + F(г) 114 2HCl(г) + F2(г) ↔ 2HF(г) + Cl2(г) 115 C2H6(г) ↔ C2H2(г) + 2H2(г)
В задачах 116–135 для гомогенной реакции А + В = С + D рассчитайте константу равновесия при температуре Т и равновесный состав системы при этой температуре, если известны значения энергии Гиббса 0 r T G и начальные концентрации исходных веществ С0 (концентрация продуктов в начальный момент равна нулю). Номер задачи Т, K 0 r T G , кДж/моль С0, моль/л А В 116 400 – 14,1 1 1 117 800 – 13,8 1 2 118 400 – 7,5 1 1 119 800 – 6,7 1 2 120 600 – 6,0 1 1 121 1000 – 20,5 2 1 122 600 – 25,4 2 1 123 800 – 28,5 3 1 124 700 –1,6 1 1 125 1000 –18,5 3 1 126 800 –8,5 2 2 127 600 –9,2 1 2 128 400 –10,1 1 1 129 1000 –5,7 1 1 130 800 –3,6 1 1 131 600 –1,6 1 1 132 900 –23,0 2 1 133 500 –7,0 1 2 134 1100 –16,9 2 2 135 400 –12,6 1 3 В задачах 136–155 для данной газофазной реакции А + В ↔ С + + D рассчитайте температуру, при которой наступает равновесие. Определите равновесный состав системы при этой температуре
Доступ онлайн
В корзину