Termochemia entalpia standardowa tworzenia reakcji i spalania entalpia

  • Slides: 16
Download presentation
Termochemia – entalpia standardowa: tworzenia, reakcji i spalania, entalpia swobodna Przykładowe zadania z rozwiązaniami

Termochemia – entalpia standardowa: tworzenia, reakcji i spalania, entalpia swobodna Przykładowe zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 z rozwiązaniem v Informacja do zdania: Ø wartości energii wybranych wiązań kowalencyjnych:

Zadanie 1 z rozwiązaniem v Informacja do zdania: Ø wartości energii wybranych wiązań kowalencyjnych: Wiązanie Energia [k. J/mol] H–H 436 H–N 390 O=O 499 H–O 465 N≡N 947 N=O 631 v Na podstawie energii wiązań oblicz entalpię reakcji przebiegającej w fazie gazowej: a) 2 H 2 + O 2 2 H 2 O b) 3 H 2 + N 2 2 NH 3 c) N 2 + O 2 2 NO

Zadanie 1 z rozwiązaniem / cd v Analiza i założenia do zadania: Ø ∆H

Zadanie 1 z rozwiązaniem / cd v Analiza i założenia do zadania: Ø ∆H 0 = Σn∆H 0 ws - Σn∆H 0 wp gdzie: n – liczba moli wiązań ü ∆H 0 ws i ∆H 0 wp – energia mola wiązań: ws – substratów, wp – produktów Ø obliczenie entalpii reakcji: a) 2 H 2 + O 2 2 H 2 O ü∆H 0 = 2 mol ∙ 436 k. J/mol + 1 mol ∙ 499 k. J/mol – 4 mol ∙ 465 k. J/mol = 1371 k. J/mol – 1860 k. J/mol = - 489 k. J/mol, b) 3 H 2 + N 2 2 NH 3 ü∆H 0 = 3 mol ∙ 436 k. J/mol + 1 mol ∙ 947 k. J/mol – 6 mol ∙ 390 k. J/mol = 2255 k. J/mol – 2340 k. J/mol = - 85 k. J/mol , c) N 2 + O 2 2 NO ü∆H 0 = 1 mol ∙ 947 k. J/mol + 1 mol ∙ 499 k. J/mol – 2 mol ∙ 631 k. J/mol = 1446 k. J/mol – 1262 k. J/mol = 184 k. J/mol.

Zadanie 2 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię reakcji rozkładu kwasu metanowego prowadzącego do tlenku

Zadanie 2 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię reakcji rozkładu kwasu metanowego prowadzącego do tlenku węgla(II) i wody: HCOOH CO(g) + H 2 O(c) korzystając z danych: ∆H 0 Równanie reakcji ∆H 0 409 k. J C(s) + H 2(s) ↔ HCOOH - 409 k. J - 572 k. J 2 H 2 O(c) ↔ 2 H 2(g) + O 2(g) 572 k. J 220 k. J 2 C(s) + O 2(g) ↔ 2 CO(g) - 220 k. J v Analiza i założenia do zadania: Ø ∆H 0 = Σn∆H 0 twp - Σn∆H 0 tws Ø obliczenie entalpii rozkładu: ü ∆H 0 = ½ ∙ (- 220 k. J) + ½ ∙ (- 572 k. J) – ( - 409 k. J) ü ∆H 0 = - 110 k. J – 286 k. J + 409 k. J = 13 k. J/mol

Zadanie 3 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię tworzenia chlorku amonu korzystając z poniższych danych:

Zadanie 3 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię tworzenia chlorku amonu korzystając z poniższych danych: ∆H 0 Równanie reakcji ∆H 0 179, 6 k. J NH 3(g) + HCl(g) ↔ NH 4 Cl(s) - 179, 6 k. J 92 k. J 3 H 2(g) + N 2(g)↔ 2 NH 3(g) -92 k. J 183, 4 k. J H 2(g) + Cl 2(g) ↔ 2 HCl (g) - 183, 4 k. J v Analiza i założenia do zadania: Ø ∆H 0 = Σn∆H 0 twp - Σn∆H 0 tws Ø obliczenie entalpii tworzenia chlorku amonu: ü ∆H 0 = - 179, 6 k. J - ½ ∙ (- 92 k. J) – ½ ∙ (- 183, 4 k. J) ü ∆H 0 = - 179, 6 k. J + 46 k. J + 91, 7 k. J = - 41, 9 k. J/ mol

Zadanie 4 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię tworzenia dichloroetanu korzystając z poniższych danych: ∆H

Zadanie 4 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię tworzenia dichloroetanu korzystając z poniższych danych: ∆H 0 Równanie reakcji ∆H 0 157 k. J C 2 H 4(g) + Cl 2(g) ↔ CH 4 Cl 2(g) - 157 k. J 484 k. J 2 H 2(g) + O 2(g)↔ 2 H 2 O(g) - 484 k. J 394 C(s) + O 2(g) ↔ CO 2(g) - 394 k. J 1411 k. J C 2 H 4(g) + 3 O 2(g) ↔ 2 CO 2(g) + 2 H 2 O(g) - 1411 k. J v Analiza i założenia do zadania: Ø ∆H 0 = Σn∆H 0 twp - Σn∆H 0 tws Ø entalpia tworzenia pierwiastków: ∆H 0 pierwiastków= 0 k. J Ø obliczenie entalpii tworzenia ÷ a) C 2 H 4 , b) C 2 H 4 Cl 2: a) ∆H 0 = - 1411 k. J - 2 ∙ (- 242 k. J) – 2 ∙ (- 394 k. J) = - 139 k. J b) ∆H 0 = - 157 k. J + 0 k. J - (- 139 k. J) = - 18 k. J/ mol

Zadanie 5 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię tworzenia 1 mola Al 2 O 3

Zadanie 5 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię tworzenia 1 mola Al 2 O 3 na podstawie poniższych danych: ∆H 0 Równanie reakcji ∆H 0 2538 k. J 8 Al(s) + 3 Mn 3 O 4(s) ↔ 4 Al 2 O 3(s) + 9 Mn(s) - 2538 k. J 1387 k. J 3 Mn(s) + 2 O 2(g) ↔ Mn 3 O 4(s) - 1387 k. J v Analiza i założenia do zadania: Ø ∆H 0 = Σn∆H 0 twp - Σn∆H 0 tws Ø entalpia tworzenia pierwiastków: ∆H 0 pierwiastków= 0 k. J Ø entalpia rozkładu Mn 3 O 4: ∆H 0 = 1387 k. J/mol Ø obliczenie entalpii ÷ a) reakcji, b) tworzenie 1 mol Al 2 O 3 a) ∆H 0 = - 2538 k. J - 3 ∙ 1387 k. J = - 6699 k. J b) ∆H 0 = ¼ ∙ (- 6699 k. J) = - 1674, 75 k. J/mol

Zadanie 6 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię reakcji rozkładu nitrogliceryny / triazotanu(V) glicerolu przebiegającej

Zadanie 6 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię reakcji rozkładu nitrogliceryny / triazotanu(V) glicerolu przebiegającej wg równania: 4 C 3 H 5 N 3 O 9(c) 12 CO 2(g) + 10 H 2 O(g) + 6 N 2(g) + O 2(g) korzystając z danych: ∆H 0 Równanie reakcji ∆H 0 - 34 k. J N 2(g) + 2 O 2(g) ↔ 2 NO 2(g) 34 k. J 394 k. J C(s) + O 2(g)↔ CO 2(g) - 394 k. J 484 k. J 2 H 2(g) + O 2(g) ↔ 2 H 2 O(g) - 484 k. J 1540 k. J 4 C 3 H 5 N 3 O 5(c) + 11 O 2(g) ↔ ↔ 12 CO 2(g) + 10 H 2 O(g) + 12 NO 2(g) - 1540 k. J v Analiza i założenia do zadania: Ø entalpia spalania: ∆H 0 = Σn∆H 0 twp - Σn∆H 0 tws Ø entalpia tworzenia pierwiastków: ∆H 0 pierwiastków= 0, 0 k. J

Zadanie 6 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie entalpii reakcji otrzymywania 4 moli nitrogliceryny

Zadanie 6 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie entalpii reakcji otrzymywania 4 moli nitrogliceryny na podstawie reakcji spalania: Ø 4 C 3 H 5 N 3 O 5(c) + 11 O 2(g) ↔ 12 CO 2(g) + 10 H 2 O(g) + 12 NO 2(g) ü ∆H 0 = 12 ∙ (-394 k. J) + 10 ∙ (-242 k. J) +12 ∙ 34 k. J – (-1540 k. J) ü Ø Ø ü ∆H 0 = - 4728 k. J - 2420 k. J + 408 k. J + 1540 k. J = - 5200 k. J obliczenie entalpii tworzenia 1 mola nitrogliceryny: ∆H 0 = ¼ ∙ (- 5200 k. J) = - 1300 k. J/mol obliczenie entalpii rozkładu nitrogliceryny: 4 C 3 H 5 N 3 O 9(c) 12 CO 2(g) + 10 H 2 O(g) + 6 N 2(g) + O 2(g) ∆H 0 = 12 ∙ (- 394 k. J) + 10 ∙ (-242 k. J) – 4 ∙ (-1300 k. J) ü ∆H 0 = - 4728 k. J – 2420 k. J + 5200 k. J = - 1948 k. J

Zadanie 7 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię reakcji opisanej równaniem: Ø 3 C(s) +

Zadanie 7 z rozwiązaniem v Oblicz entalpię reakcji opisanej równaniem: Ø 3 C(s) + 4 H 2(g) C 3 H 8(g) korzystając z danych: ∆H 0 Równanie reakcji ∆H 0 1587 k. J C 3 H 8(g) + 5 O 2(g) ↔ 3 CO 2(g) + 4 H 2 O(c) -1587 k. J 394 k. J C(s) + O 2(g)↔ CO 2(g) - 394 k. J 572 k. J 2 H 2(g) + O 2(g) ↔ 2 H 2 O(c) - 572 k. J v Analiza i założenia do zadania: Ø entalpia spalania: ∆H 0 = Σn∆H 0 twp - Σn∆H 0 tws Ø entalpia tworzenia pierwiastków: ∆H 0 pierwiastków= 0, 0 k. J Ø obliczenie entalpii reakcji: ü ∆H 0 = 3 ∙ (- 394 k. J) + 4 ∙ (- 286 k. J) – (- 1587 k. J) ü ∆H 0 = - 1182 k. J – 1144 k. J + 1587 k. J = - 739 k. J/mol

Zadanie 8 z rozwiązaniem v Na podstawie równania termochemicznego: Ø 2 C 4 H

Zadanie 8 z rozwiązaniem v Na podstawie równania termochemicznego: Ø 2 C 4 H 10(g) + 13 O 2(g) 8 CO 2(g) + 10 H 2 O(g) + 2599, 2 k. J (∆H 0 = - 2599, 2 k. J) oblicz, jaką liczbę moli butanu należy spalić, aby otrzymać 1500 k. J energii wydzielonej na sposób ciepła. v Analiza i założenia do zadania: Ø obliczenie liczby moli butanu: ü 2 mol C 4 H 10(g) ------ 2599, 2 k. J x ------ 1500, 0 k. J --------------------x ≈ 1, 15 mol butanu

Zadanie 9 z rozwiązaniem v Oblicz, jaka ilość energii zostanie przekazana do otoczenia w

Zadanie 9 z rozwiązaniem v Oblicz, jaka ilość energii zostanie przekazana do otoczenia w trakcie spalenia 9, 9 dm 3 wodoru w tlenie (objętości mierzone w warunkach standardowych) jeżeli reakcja przebiega wg równania termochemicznego: Ø 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O(c) + 572 k. J. v Analiza i założenia do zadania: ü T = 298 K, ü p = 1000 h. Pa, ü R = 83, 1 dm 3∙h. Pa∙mol-1∙K-1 ü V= 9, 9 dm 3 Ø obliczenie liczby moli wodoru: Ø obliczenie ilości energii: ü 2, 0 mol H 2 ---- 572 k. J 0, 4 mol H 2 ---- x ü x = 114, 4 k. J

Zadanie 10 z rozwiązaniem v Oblicz, jaka ilość energii zostanie przekazana do otoczenia w

Zadanie 10 z rozwiązaniem v Oblicz, jaka ilość energii zostanie przekazana do otoczenia w trakcie spalenia 11, 2 dm 3 w tlenie (objętości mierzone w warunkach normalnych ) mieszaniny zwierającej 60% objętości. metanu, 30% objętośc. etanu i 10% objętośc. propanu, a standardowe entalpie spalania wynoszą: CH 4 ∆H 0 = - 891 k. J/mol C 2 H 6 C 3 H 8 ∆H 0 = - 1560 k. J/mol ∆H 0 = - 1411 k. J/mol Ø obliczenie objętości i moli gazów w mieszaninie: ü VCH 4 = 11, 2 dm 3 ∙ ü VC 2 H 4 = 11, 2 dm 3 ∙ ü VC 3 H 8 = 11, 2 dm 3 ∙ ∙ 0, 6 = 6, 72 dm 3 ∙ 0, 3 = 3, 36 dm 3 ∙ 0, 1 = 1, 12 dm 3 ü n = 0, 3 mol ü n = 0, 15 mol ü n = 0, 05 mol Ø obliczenie energii po spaleniu mieszaniny gazów: Ø Q = 0, 3 mol ∙ 891 k. J/mol + 0, 15 mol ∙ 1560 k. J/mol + +0, 05 mol ∙ 1411 k. J/mol = 267, 3 k. J + 234 k. J + 70, 55 k. J = 571, 85 k. J

Zadanie 11 z rozwiązaniem v Na podstawie podanych wartości ∆H 0 – entalpii standardowej

Zadanie 11 z rozwiązaniem v Na podstawie podanych wartości ∆H 0 – entalpii standardowej i ∆S 0 – entropii dla reakcji ocen, czy poniższe przemiany zachodzą samorzutnie w warunkach standardowych: (T = 298 K, p = 1000 h. Pa). Równanie reakcji ∆H 0 ü Ca 2+(c) + CO 32 -(c) Ca. CO 3(s) ü 13 k. J/mol ü N 2(g) + O 2(g) 2 NO(g) ü 180 k. J/mol ü 2 H 2 O 2(c) 2 H 2 O(c) + O 2(g) ü -98 k. J/mol ∆S 0 ü 205 J/mol∙K ü 25 J/mol∙K ü 62 J/mol∙K v Analiza i założenia do zadania: Ø ∆G 0 – entalpia swobodna, jeżeli: ü ∆G 0 < 0 ÷ proces samorzutny, ∆G 0 > 0 ÷ proces wymuszony, ü ∆G 0 = ∆H 0 – T ∙ ∆S 0 ü 1 J = 1 ∙ 10 -3 k. J

Zadanie 11 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie entalpii swobodnej: ü Ca 2+(c) +

Zadanie 11 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie entalpii swobodnej: ü Ca 2+(c) + CO 32 -(c) Ca. CO 3(s) ü ∆G 0 = ∆H 0 – T ∙ ∆S 0 = 13 k. J/mol – 298 K ∙ ∙ 205 ∙ 10 -3 k. J/mol ∙ K ü ∆G 0 = - 48, 09 k. J ÷ proces samorzutny, ponieważ ∆G 0 < 0 ü N 2(g) + O 2(g) 2 NO(g) ü ∆G 0 = ∆H 0 – T ∙ ∆S 0 = 2 ∙ 180 k. J/mol – 298 K ∙ ∙ 25 ∙ 10 -3 k. J/mol ∙ K ü ∆G 0 = 345, 1 k. J ÷ proces wymuszony, ponieważ ∆G 0 > 0 ü 2 H 2 O 2(c) 2 H 2 O(c) + O 2(g) ü ∆G 0 = ∆H 0 – T ∙ ∆S 0 = 2 ∙ (- 98 k. J/mol) – 298 K ∙ ∙ 2 ∙ 62 ∙ 10 -3 k. J/mol∙K ü ∆G 0 = - 233 k. J ÷ proces samorzutny, ponieważ ∆G 0 < 0

Zadanie 12 z rozwiązaniem v Entalpia parowania trichlorometanu wynosi: ∆H 0 = 29, 7

Zadanie 12 z rozwiązaniem v Entalpia parowania trichlorometanu wynosi: ∆H 0 = 29, 7 k. J/mol, a zmiana entropii układu w wyniku reakcji: Ø CHCl 3(c) CHCl 3(g) wynosi: ∆S 0 = 88, 7 J/mol∙K. v Oblicz temperaturę wrzenia trichlorometanu pod ciśnieniem 1000 h. Pa. v Analiza i założenia do zadania: Ø w stanie równowagi: ü ∆G 0 = ∆H 0 – T ∙ ∆S 0 = 0 Ø obliczenie temperatury wrzenia: