Вычислить стандартную энтальпию реакции гидрирования бензола до циклогексана двумя способами

Содержание

Вычисление стандартной энтальпии образования вещества
Вычисление стандартной энтальпии образования бензола
Термохимическое уравнение образования газообразного озона
Эталоны решения задач

Вычисление стандартной энтальпии образования вещества

Вычисление стандартной энтальпии образования бензола

Задача 2.
Вычислите стандартную энтальпию образования бензола С₆Н₆(ж), если энтальпии сгорания водорода, углерода и бензола равны соответственно (кДж/моль): -285,84: -393,51; -3267,70.
Решение:
Запишем уравнение реакции, тепловой эффект которой необходимо определить. Образование бензола из простых веществ можно представить следующим термохимическим уравнением:

Для определения энтальпии образования бензола составим цикл Гесса, используя данные задачи:

Чтобы получить искомое уравнение образования бензола из простых веществ, достаточно сложить в цикле Гесса уравнения (1) и (2), умножив их на соответствующие коэффициенты 3 и 6, и вычесть из них уравнение (3):

Сократим однородные члены и перенесем -С₆Н₆(ж) в правую часть равенства с противоположным знаком. Получим искомое уравнение: 6С(т) + 3Н₂(г) = С₆Н₆(ж).

Аналогичные действия проделаем с тепловыми эффектами:

∆H 0 обр[С6Н6(ж)] = 3∆H 0 (1) + 6∆H 0 (2) – ∆H 0 (3),

∆H 0 обр[С₆Н₆(ж)] = 3·(-285,84) кДж/моль + 6·(-393,51) кДж/моль – (-3267,70) кДж/моль =
= (-857,52 -2361,06 + 3267,70) кДж/моль = 49,12 кДж/моль.

Термохимическое уравнение образования газообразного озона

Задача 3.
Стандартная энтальпия образования газообразного озона равна 142,3 кДж/моль. Укажите, в какой из перечисленных ниже реакций тепловой эффект ∆H 0 обр будет соответствовать стандартной энтальпии образования О₃(г):
а) 3О(г) = О₃(г);
б) 1,5О₂(г) = О₃(г);
в) О₂(ж) + О(г) = О₃(г);
г) 2О₂(г) = О(г) + О₃(г).
Напишите термохимическое уравнение этого процесса.
Решение:
По определению, ∆H 0 показывает тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества О₃(г) прямым синтезом из простых веществ, устойчивых при 298К и давлении 101кПа.
Случай а) не подходит под данное определение, т.к. атомарный кислород О(г) не является устойчивой формой существования простого вещества кислорода. Случай б) соответствует реакции химического процесса образования озона из кислорода. Случай в) не отвечает требованию стандартных условий, т.к. при 298К и давлении 101 кПа кислород не может находиться в жидком состоянии. Случай г) не подходит под данное определение, т.к. не соответствует реакции синтеза. Таким образом, требованиям определения соответствует только реакция б). Термохимическое уравнение будет выглядеть следующим образом:

Ответ: условиям задачи соответствует уравнение б); ∆H 0 обр[О₃(г)] = 142,3 кДж/моль.

Источник

Эталоны решения задач

1. Некоторая реакция протекает с уменьшением энтропии. Определить, при каком условии возможно самопроизвольное протекание данной реакции.

Условием самопроизвольного протекания реакции является уменьшение свободной энергии Гиббса, т.е. DG 0.

2) В реакциях разложения энтропия возрастает, следовательно DS > 0.

3) Самопроизвольное протекание реакции свидетельствует о том, что DG

4. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

по значениям стандартных энтальпий сгорания веществ:

C₂H₅OH = -1368 кДж/моль;

C₂H₅OC₂H₅ = -2727 кДж/моль.

Запишем выражение второго следствия из закона Гесса с учетом того, что стандартная энтальпия сгорания воды (высший оксид) равна нулю:

= 2× C₂H₅OH — C₂H₅OC₂H₅.

Подставим значения стандартных энтальпий сгорания веществ, участвующих в реакции:

= 2×(-1368) — (-2727).

= -9 кДж.

Следствия из закона Гесса позволяют вычислять не только стандартные энтальпии реакций, но и величины стандартных энтальпий образования и сгорания веществ по косвенным данным.

5. Определить стандартную энтальпию образования оксида углерода (II) по следующим данным:

(1)	C_(тв.) + О_2(газ) = СО_2(газ);	= -393,5 кДж/моль;
(2)	СО_(газ) + О_2(газ) = СО_2(газ);	= -283 кДж/моль.

Из уравнения (1) видно, что стандартное изменение энтальпии данной реакции соответствует стандартной энтальпии образования CO₂.

Запишем выражение первого следствия из закона Гесса для реакции (2):

= CO₂ — CO.

CO = CO₂ — .

Подставим значения и получим:

CO = -293,5 — (-283) = -110,5 кДж/моль.

Эту задачу можно решить и другим способом.

Вычитая из первого уравнения второе, получим:

(1) — (2)

C_(тв.) +

О_2(газ) = СО_(газ);

CO = -110,5 кДж/моль.

6. Вычислить стандартную энтропию реакции:

по значениям стандартных энтропий веществ:

CH₃Cl	HCl	CH₄	Cl₂
, Дж/(моль×K)

Стандартную энтропию реакции вычислим по формуле:

= ( CH₃Cl + HCl) — ( CH₄ + Cl₂).

Подставляя табличные значения, получим:

= 234 + 187 — (186 + 223) = 12 Дж/(моль×K).

7. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции:

по следующим данным:

CH₃COH	C₂H₅OH	H₂O	H₂O₂
, кДж/моль	-129	-175	–237	–121

Определить, возможно ли самопроизвольное протекание данной реакции при стандартных условиях.

Стандартную энергию Гиббса реакции вычислим по формуле:

= ( CH₃COH + 2× H₂O) — ( C₂H₅OH + H₂O₂).

Подставляя табличные значения, получим:

= -129 + 2×(-237) — ((-175) + (-121) = -307 кДж/моль.

Так как

= 6 CO₂ + 6 H₂O — С₆H₁₂O₆ — 6 O₂ =

= 6×(-393,5) + 6×(-286) — (-1274,5) — 6×0 = -2803 кДж;

= 6 СО₂ + 6 H₂O — С₆H₁₂O₆ — 6 O₂ =

= 6×214 + 6×70 — 212 — 6×205 = 262 Дж/К = 0,262 кДж/К.

Стандартную энергию Гиббса реакции найдем из соотношения:

= — T× = -2803 кДж — 298,15 K×0,262 кДж/К =

9. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции гидратации сывороточного альбумина при 25 0 С, для которой DH 0 = -6,08 кДж/моль, DS 0 = -5,85 Дж/(моль×К). Оценить вклад энтальпийного и энтропийного фактора.

Стандартную энергию Гиббса реакции рассчитаем по формуле:

DG 0 = DH 0 — T×DS 0 .

Подставив значения, получим:

DG 0 = -6,08 кДж/моль — 298 К×(-5,85×10 — 3 ) кДж/(моль×К) =

В данном случае энтропийный фактор препятствует протеканию реакции, а энтальпийный — благоприятствует. Самопроизвольное протекание реакции возможно при условии, если , т.е., при низких температурах.

10. Определить температуру, при которой самопроизвольно пойдет реакция денатурации трипсина, если = 283 кДж/моль, = 288 Дж/(моль×К).

Температуру, при которой равновероятны оба процесса найдем из соотношения:

В данном случае энтальпийный фактор препятствует протеканию реакции, а энтропийный — благоприятствует. Самопроизвольное протекание реакции возможно при условии, если:

Таким образом, условием самопроизвольного протекания процесса является T > 983 K.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое термодинамическая система? Какие типы термодинамических систем вы знаете?

2. Перечислите известные Вам термодинамические параметры. Какие из них относятся к измеряемым? Какие к неизмеряемым?

3. Что такое термодинамический процесс? Как называются процессы, протекающие при постоянстве одного из параметров?

4. Какие процессы называют экзотермическими? Какие эндотермическими?

5. Какие процессы называют обратимыми? Какие необратимыми?

6. Что понимают под термином «состояние системы»? Какие бывают состояния системы?

7. Какие системы изучает классическая термодинамика? Сформулируйте первый и второй постулаты термодинамики.

8. Какие переменные называют функциями состояния? Перечислите известные вам функции состояния.

9. Что такое внутренняя энергия? Можно ли измерить внутреннюю энергию?

10. Что такое энтальпия? Какова ее размерность?

11. Что такое энтропия? Какова ее размерность?

12. Что такое свободная энергия Гиббса? Как ее можно вычислить? Что можно определить при помощи этой функции?

13. Какие реакции называют экзэргоническими? Какие эндэргоническими?

14. Сформулируйте первый закон термодинамики. В чем заключается эквивалентность теплоты и работы?

15. Сформулируйте закон Гесса и следствия из него. Что такое стандартная энтальпия образования (сгорания) вещества?

16. Сформулируйте второй закон термодинамики. При каком условии процесс самопроизвольно протекает в изолированной системе?

Варианты задач для самостоятельного решения

Вариант № 1

1. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

используя значения стандартных энтальпий образования веществ:

NH₃	NO	H₂O
, кДж/моль	-46,2	90,4	-242

Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция.

2. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:

C₂H₆	CH₄
, кДж/моль	-1560	-890

3. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции гидратации b-лактоглобулина при 25 0 С, для которой DH 0 = -6,75 кДж, DS 0 = -9,74 Дж/К. Оценить вклад энтальпийного и энтропийного фактора.

Вариант №2

1. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

используя значения стандартных энтальпий образования веществ:

NO₂	N₂O₅	O₃
, кДж/моль

Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция.

2. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:

C₂H₂	C₂H₆
, кДж/моль	-1300	-1560

3. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции тепловой денатурации химотрипсиногена при 50 0 С, для которой DH 0 = 417 кДж, DS 0 = 1,32 кДж/К. Оценить вклад энтальпийного и энтропийного фактора.

Вариант №3

1. Вычислить стандартную энтальпию реакции гидрирования бензола до циклогексана двумя способами, т.е., используя значения стандартных энтальпий образования и сгорания веществ:

C₆H₆	C₆H₁₂
, кДж/моль	-156
, кДж/моль	-3268	-3920

2. Оценить возможность самопроизвольного протекания реакции:

при стандартных условиях, если:

ZnO	CuO	Zn	Cu
, кДж/моль	-348	-157
, Дж/(моль×K)

3. При восстановлении 12,7 г оксида меди (II) углем (с образованием CO) поглощается 8,24 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования CuO, если CO = -111 кДж/моль.

Вариант №4

1. Вычислить стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в автотрофных бактериях Baglatoa и Thiothpix, по стадиям и суммарно:

H₂S	H₂O	H₂SO₄
, кДж/моль	-20	-286	-814

2. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:

C₆H₁₂O₆	C₂H₅OH
, кДж/моль	-2810	-1368

3. Оценить роль энтальпийного и энтропийного факторов для реакции:

по известным данным:

HCl	H₂O	O₂	Cl₂
, кДж/моль	-92,3	-286
, Дж/(моль×K)

Определить температуру, при которой реакция пойдет самопроизвольно.

Вариант №5

1. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

используя значения стандартных энтальпий образования веществ:

CH₃Cl	CO₂	H₂O	HCl
, кДж/моль	-82	-394	-286	-92

Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция.

2. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:

C₆H₆	C₆H₁₂
, кДж/моль	-3302	-3920

3. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции денатурации трипсина при 50 0 С, для которой DH 0 = 283 кДж, DS 0 = 288 Дж/К). Оценить возможность протекания процесса в прямом направлении.

Вариант №6

1. Вычислить стандартную энтальпию хемосинтеза, протекающего в автотрофных бактериях Thiobacillus Thioparus:

Na₂S₂O₃×5H₂O	Na₂SO₄	H₂SO₄	H₂O
, кДж/моль	-2602	-1389	-814	-286

Определить, к какому типу (экзо- или эндотермическому) относится эта реакция.

2. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

используя значения стандартных энтальпий сгорания веществ:

C₆H₅NO₂	C₆H₅NH₂
, кДж/моль	-3093	-3396

3. Оценить роль энтальпийного и энтропийного факторов для реакции:

по известным данным:

H₂O₂	H₂O	O₃	O₂
, кДж/моль	-188	-286
, Дж/(моль×K)

Определить температуру, при которой реакция пойдет самопроизвольно.

Вариант №7

1. Вычислить стандартную энтальпию образования CH₃OH по следующим данным:

2. Оценить возможность самопроизвольного протекания реакции:

при стандартных условиях, если:

Al₂O₃	Fe₃O₄	Al	Fe
, кДж/моль	-1670	-1018
, Дж/(моль×K)

3. Вычислить значение DH 0 для возможных реакций превращения глюкозы:

по известным данным:

C₆H₁₂O₆	C₂H₅OH	CO₂	H₂O
, кДж/моль	-1275	-278	-393,5	-286

В результате какой из этих реакций выделяется большее количество энергии?

Вариант №8

1. Вычислить стандартную энтальпию образования MgCO₃ по следующим данным:

2. Вычислить стандартную энтропию реакции:

по известным данным:

C₂H₆	CH₄	H₂
, Дж/(моль×K)

3. Какие из перечисленных оксидов: CaO, FeO, CuO, PbO, FeO, Cr₂O₃ могут быть восстановлены алюминием до свободного металла при 298 К:

Al₂O₃	CuO	PbO	FeO	Fe₂O₃	Cr₂O₃
, кДж/моль	-1580	-127	-188,5	-244	-604	-1058

Вариант №9

1. Вычислить стандартную энтальпию образования Ca₃(PO₄)₂ по следующим данным:

2. Оценить возможность самопроизвольного протекания реакции:

при стандартных условиях, если:

Fe₂O₃	CO₂	CO	Fe
, кДж/моль	-842	-393,5	-111
, Дж/(моль×K)

3. Определить, какие из перечисленных оксидов: CuO, PbO₂, ZnO, CaO, Al₂O₃ могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298 К, если известно:

H₂O	CuO	PbO₂	ZnO	CaO	Al₂O₃
, кДж/моль	-237	-127	-219	-318	-604	-1580

Вариант №10

1. Вычислить стандартную энтальпию образования этанола по следующим данным:

H_2(газ) + O_2(газ) = H₂O_(жидк.) +286 кДж.

2. Вычислить стандартную энтропию реакции:

по известным данным:

C₂H₆	C₂H₂	H₂
, Дж/(моль×K)

3. Вычислить количество энергии, которое выделится в организме человека, который съел 2 кусочка сахара по 5 г каждый, считая, что основной путь метаболизма сахарозы сводится к ее окислению:

C₁₂H₂₂O_11(тв.) + 12O_2(газ) = 12CO_2(газ) + 11H₂O_(жидк.) = -5651 кДж.

Вариант №11

1. Вычислить стандартную энтальпию образования С₂H₄ по следующим данным:

2. Не производя вычислений, установить знак DS 0 следующих процессов:

3. Определить, по какому уравнению реакции будет протекать разложение пероксида водорода при стандартных условиях:

H₂O_(жидк.)	H₂O_2(газ)	O₂	H₂
, кДж/моль	-286	-188
, Дж/(моль×K)	-286

Вариант №12

1. Вычислить стандартную энтальпию образования ZnSO₄ по следующим данным:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + SO₂ DH 0 = -890 кДж;

ZnSO₄ = ZnO + SO₃ DH 0 = +234 кДж.

2. Вычислить стандартную энтропию реакции:

по известным данным:

KClO₃	KCl	O₂
, Дж/(моль×K)

3. Определить температуру, при которой самопроизвольно будет протекать реакция:

если: = -247 кДж; = -1334 кДж/K.

Вариант №13

1. Рассчитать стандартную энтальпию реакции:

2FeO_(тв.) + O_2(газ) = Fe₂O_3(тв.)

по следующим данным:

Fe_(тв.) + O_2(газ) = FeO_(тв.) +267 кДж;

2Fe_(тв.) + O_2(газ) = Fe₂O_3(тв.) +822 кДж;

2. Вычислить стандартную энтропию фазовых превращений:

по известным данным:

H₂O_(тв.)	H₂O_(жидк.)	H₂O_(газ)
, Дж/(моль×K)

3. Вычислить количество энергии, которое выделится при сгорании 10 г бензола, по следующим данным:

C₆H₆	CO₂	H₂O
, кДж/моль	-393,5	-286

Вариант №14

1. Вычислить стандартную энтальпию образования PCl₅ по следующим данным:

2. Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса образования сероуглерода CS₂ по следующим данным:

CO₂ = -394 кДж/моль; SO₂ = -300 кДж/моль.

3. Оценить роль энтальпийного и энтропийного факторов для реакции:

по известным данным:

CO₂	CaO	CaCO₃
, кДж/моль	-393,5	-636	-1207
, Дж/(моль×K)

Определить температуру, при которой реакция пойдет самопроизвольно.

Вариант №15

1. Вычислить тепловой эффект реакции образования кристаллогидрата CuSO₄×5H₂O, протекающей по уравнению:

CuSO₄×5H₂O	CuSO₄	H₂O
, кДж/моль	-2278	-662	-286

2. Вычислить стандартную энтропию реакции:

по известным данным:

C₆H₆	C₆H₁₂	H₂
, Дж/(моль×K)

3. Определить возможность протекания реакции:

при стандартных условиях, если:

P₂O₅	PH₃	H₂O
, кДж/моль	-1350	13,4	-237

Вариант №16

1. Рассчитать, в каком случае выделится больше энергии: при сжигании 1 моль водорода или 1 моль ацетилена

C₂H₂	CO₂	H₂O
, кДж/моль	-394	-286

2. Вычислить температуру фазового превращения белого олова в серое по следующим данным:

Белое	Серое
, кДж/моль	-2,1
, Дж/(моль×K)	51,5

3. Определить, можно ли при стандартных условиях получить пероксид водорода по реакции:

H₂O₂	H₂O	O₂
, кДж/моль	-188	-286
, Дж/(моль×K)

Вариант №17

1. Синтез-газ представляет собой смесь равных объемов водорода и оксида углерода (II). Вычислить количество энергии, которое выделится при сжигании 112 л синтез-газа, если известны термохимические уравнения:

СO_(газ) + O_2(газ) = CO_2(газ) DH 0 = -283 кДж;

H_2(газ) + O_2(газ) = H₂O_(жидк.) DH 0 = -286 кДж.

2. Вычислить стандартную энтропию реакции:

по известным данным:

HNO₂	HNO₃	NO	H₂O
, Дж/(моль×K)

3. Определить температуру, при которой самопроизвольно будет протекать реакция:

если: = -128 кДж; = -333 кДж/K.

Вариант №18*

1. В ходе реакции окисления аммиака

образовалось 2,24 л азота и при этом выделилось 76,5 кДж теплоты. Вычислить NH₃, если H₂O = -286 кДж/моль.

2. Рассчитать стандартную энтальпию реакции:

по следующим данным:

3. Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,8×10 — 5 . Вычислить изменение энергии Гиббса при диссоциации уксусной кислоты.

Источник