книги / Сборник задач по термодинамике физико-химических процессов. Решение задач

4. Энтальпия образования пропилена из простых веществ: ЗСт({+ ЗН2г = СзН( г- 20413 Дж-моль' 1

Определить также энтальпию изомеризации циклопропана в пропилеи:

СН2

/\

СН2-СН2г = С,Яб, + А,. Я 298.

а) Умножаем уравнения (2) и (3) на 3:

5.ЗС„Ю+ 302г = ЗС02г - 1180539 Дж-моль*1.

6.ЗН2, + 3/20, = ЗН2Ож- 857514 Дж-моль1

7.Вычитаем из уравнений (5) и (6) уравнение (1):

СН2

/\

ЗСтя + ЗН2г= СН2-СН2, - 1180539-857514-(-2091372)

Ау Я 298 {ЦП) = 53319 Дж•моль*1

8. Вычитаем из уравнения (4) уравнение (1) и получаем энталь­ пию изомеризации циклопропана в пропилен:

СН2

/\

СН2-СН2, = С,нйг - 73732 Дж-моль 1 8. Для расчёта энтальпии образования пропана из Сш и Н2г используем следующие уравнения:

1.С3Н5г + 502, = ЗС02, + ЗН20 , - 2219904Дж-моль'1

2.С,„„ + 0 2г —С02г- 393513 Дж-моль’1

3.Н2г + 1/202г - Н2Ож- 285838 Дж-моль' 1

Умножим (2) на 3 и (3) на 4, и вычитая из этих уравнений (1), получим: ЗСтв + 4Н2г = C3HSc - 3-393513 - 4-285838 + 2219904,

откуда имеем:

А / Я 298( с 3Я 8г) = -103987 Дж-моль’1

Процесс синтеза пропана из простых веществ является экзотермическим. Изменение внутренней энергии образования пропана:

А / Я 298 = Д /Я 298 + (1-4)ЛГ -103987 + (1-4)-8,314-298 =

A /t/298 -

ДfU 298 = -96534 Дж-моль' 1

9.Рассчитать изменение энтальпии при брожении глюкозы по схеме:

151

Умножая (2) на 2 и вычитая его из (1), получим:

СбН12Обтв = 2С2Н5ОНж + ЗС 02г280016 - 2-(-1370678).

Откуда:

А ,.#298 (брож ) = -78660 Дж-моль' 1

Процесс брожения глюкозы сопровождается выделением теплоты. Сле­ довательно, процесс брожения происходит самопроизвольно.

10. Для расчёта энтальпии образования Н1г из простых веществ исполь­ зуются следующие уравнения:

1.1/2Н2г + 7/2С72, = НС1г - 92048 Дж-моль' 1

2.НС1г + aq = HCl-aq - 72445 Дж-моль’1

3.Н1г + aq = HI-aq - 80374 Дж-моль’1

9.Вычитаем из (8) уравнение (3):

1/2Н2г + 1/2С12г + Kl-aq = KCl-aq + Н1г - 176532 Дж-моль'1

10.Вычитаем из (9) уравнение (6), умноженное на 1/2, и получа­ ем искомое выражение:

I/2Н2г + 7/2 72/ш = Н1г - 66769 Дж-моль'1,

A f Я 298 [HIг ) = -66769 Дж •моль' 1

Изменение внутренней энергии для реакции (10) будет равно: -66769= Д / ^/298( Я /г ) + (1-1/2)-8,314-298

Откуда получаем изменение внутренней энергии:

Д/С/ 298{Н1г ) = -66557 Дж•моль' 1

11.Для расчёта энтальпии сгорания пропилена по реакции:

используют следующие уравнения

152

1.ЗС,„„ + ЗН2г = СзН6г + 19516Дж-моль'1

2.С,т + 0 2г = С0 2г - 393513 Дж-моль'1

3.Н2г + 1/202г = Н2Ож- 285838 Дж-моль' 1

4.Умножаем уравнения (2) и (3) на 3 и вычитаем из полученных уравнений уравнение (1):

СзНбг + 4,502г = ЗС02г + ЗН2Ож- 3-393513 - 3-285838 - 19516, откуда имеем:

Ас Я 2098 (С3Н 6г ) = -2057569 Дж•моль’1

12.Для расчёта энтальпии образования жидкого сероуглерода по схеме:

Ств + 2Sme = CS2ж+ А / #298 2ж)

используют следующие уравнения:

1.Sme + 0 2г = SO2г- 296900 Дж-моль 1

2.CS2ж+ 302 г = С02г + 2S02г- 110900 Дж-моль"1

3.С„„, + 0 2г = С 02г393513 Дж-моль"1

Для решения умножаем уравнение (1) на 2 и вычитаем из него уравнение

(2):

4.2Smi + СО2г = 0 2г + С52дс- 482900 Дж-моль"1

5.Складывая (3) и (4), получаем искомое уравнение:

Ств + 2Sme = CS2ж- 876413 Дж-моль"1

13. Для определения энтальпии образования NH3 г по реакции:

1/2N2г + 1,5Н2г = NH3г +Дf Я 298( ш 3г )

иэнтальпии растворения газообразного аммиака по схеме:

I/2N2г + 1 *5Н2г + ciq = NHj-ciq +

используют уравнения:

1. 2NH3z + 1,502г = N2г + ЗН2Ож - 1516300 Дж-моль"1.

2.Н2г + 1/202г = Н2Ож - 285838 Дж-моль"1

3.ЫНзг + ciq = NH3aq - 35150 Дж-моль' 1

4.Умножаем (2) на 3 и вычитаем из него (1): N2г + ЗН2г = 2Щ ?г - 99364 Дж-моль"1

5.Поделив (4) на 2 и складывая его с (3), получим: 1/2N22 + 1>5Н2г + ciq = NH3-ciq- 84832 Дж-моль"1.

14.Для расчёта энтальпии образования AS2O3,,wиз простых веществ:

2Asma+ 3/2О2г = AS20 3 пш + Ау Я 298 (As2О3ш ).

необходимо использовать следующие уравнения:

1. AS203,па+ ЗН2Ож+ ciq = 2H3As03aq + 31589 Дж-моль’1 2. Asma + 7,5С/2г = AsCl3 - 298695 Дж-моль’1

153

3.AsClsтв+ ЗН2Ож + aq = HJASOJ щ + 3HCIщ - 73594 Дж-моль'1

4.1/2Н2г + 1/2С12г = НС1г - 92048 Дж-моль'1.

5.НС1г + aq = НС1щ - 72445 Дж-моль'1

6.Н2г + 1/202. = Н2Ож - 285838 Дж-моль'1

Для решения проводим следующие действия:

7.Складывая (2) и (3), получим:

Asme+ 7,5С/2г+ ЗН2Ож + aq = H^AsO^aq + ЗНС1щ - 372289 Дж-моль*1

8.Умножаем (7) на 3 и вычитаем из него уравнение (1):

2Asim+ ЗС12г+ ЗН2Ож+ aq =As20 3fm+ 6Н С 1щ -116X61 Дж-моль'1

9.Складываем (4) и (5):

1/2Н2г + 1/2С12г + aq - HClaq - 164493 Дж-моль"1 10. Умножаем (9) на 6:

ЗН2г + ЗС12г + aq =6HCl-aq - 986958 Дж-моль"1 11. Вычитаем из (8) уравнение (10):

2ASTB + ЗН2Ож + aq = As20 3 ,m + ЗН2г + 210791 Дж-моль"1 12. Умножаем (6) на 3 и складываем с (11):

2Asme + 3/202г = As20 3 nw- 646723 Дж-моль" \ что и требовалось определить.

15. Определить энтальпию образования из простых веществ водного рас­ твора сернистой кислоты:

Sme + Н2г + 3/20 2г + aq = H2S03'aq + А f 2 ^ 0 $ *ОД)>

используя следующие термохимические уравнения:

1.Sm«+ 0 2 г = S0 2 г - 296900 Дж-моль"1.

2.Б02г + aq = S0 2-aq - 33472 Дж-моль'1

3.SOyaq + С12г + Н2г + Н2Ож = H2SOy aq + 2 Н О щ - 309197 Дж/моль.

4.1/2Н2г + 1/2С12г + aq = HCl aq - 164493 Дж-моль"1

5.Н2г + 1/202г = Н2Ож- 285838 Дж-моль"1

Для решения задачи вначале складываем (1), (2) и (3):

6.Snw + С2 г + С12 г + Н2 г + Н2Ож + aq = H2S0 3-aq + 2НС1'Q(J"

636385 Дж-моль"1

7.Вычитаем из (6) уравнение (4), умноженное на 2:

S/ш + 0 2г + Н2Ож + aq = H2S03aq - 307399 Дж-моль'1

8.Складываем (7) и (5):

S,„„ + Н2г + 3/202г + «су = H2S03-aq - 593237 Дж-моль'1 16. Для расчёта энтальпии образования СиС12щ из простых веществ:

Си,т + С12г + aq = CuCl2 aq + А у #298 (СмС/2 • Ш/) используем следующие уравнения:

154

1.СиОтв + 2НС1-ciq = CuCl2-aq + Н20 ж- 63889 Дж-моль’1

2.CitChme + ciq = CuCh-ciq - 46358 Дж-моль’1

3.Сиш + 1/202г = СиО„ш- 155477 Дж-моль'1

4. #2 г + С/г г + ciq = 2ЯС/ -яд - 328986 Дж-моль’1

5.Н2г + 1/Ю2г = Я20,,, - 285838 Дж-моль’1

6.Для решения задачи складываем (1) и (3) и вычитаем (2):

Ситв + 1/2О2 + 2HCl-ciq = СиС12тв + Н2Ож- 173008 Дж-моль'1

7.Складывая (6) и (4), получаем:

Ситн + 7/2<32 + Н2 + С12 г + ciq = СиС12 тв + Н2Ож —

-501994 Дж-моль"1

8.Вычитаем из (7) уравнение (5) и получаем искомое уравне­ ние:

Ситв + С12г + ciq = CuClyaq - 216156 Дж-моль'1

17. Расчёт энтальпии образования 50? г производится с использованием уравнений:

1.РЬОтв + 5,„„ + 7,502 г = PbS04та- 692452 Дж-моль'1

2.РЬОш + H2S045H20.W = PbS04nm+ 6Н20 Ж- 97487 Дж-моль'1

3.50? г + 6Н2Ож = H2S045H20 JIC- 171962 Дж-моль"1

4.Для решения задачи складываем (2) и (3):

РЬОтв + 50.? г = PbS04nw- 269449 Дж-моль' 1

5.Вычитая из (1) выражение (4), получаем искомое уравнение: Sme + 7,502 г = 50? г -423003 Дж-моль’1

18.Для определения энтальпии образования твёрдого нафталина приме­

няют следующие уравнения:

1. -1 I С,оН8ш + 1203г = ЮСОзг + 4Н2Ож -5156780 Дж-моль1 2. 10 | С,т + О2г = С02г393513 Дж-моль' 1

3.4 | Н2г + 1/Ю2г = Н2Ож- 285838 Дж-моль' 1

Складывая (2) и (3) с указанными коэффициентами и вычитая (1), получим:

Табличное значение равно: +78450 Дж-моль"1 19. Для расчёта энтальпии образования твёрдой бензойной кислоты при­ меняются следующие уравнения:

1. -1 | СбН5СООН1т + 4,502 = 7С02 + ЗН2Ож -

-3226700 Дж-моль' 1

2.7 | С,т + 0 2г = С02 г- 393513 Дж-моль' 1

155

3.3 I Н2г + 1/202г = Н20 ж- 285838 Дж-моль' 1

Складывая уравнения (1), (2) и (3) с указанными коэффициента­ ми, получим:

1С,т + ЗН2г + 0 2г = С6Н5СООНтв 3-285838 - 7-393513 + + 3226700 Дж-моль"1

A f H°m (C6H sCOOHme) = -385405 Дж•моль’1.

Табличное значение равно: -384551 Дж-моль' 1 20. Для расчёта энтальпии сгорания жидкого анилина

СбН5ЫН2 ж + 15,502 = 6С02 + Н2Ож + 0,5N2 г +

+ ^cH^m(c6HsNH2 x )

используем уравнения:

Решение задачи:

составляем уравнение по закону Гесса:

J = б Д с Я 2°98(С„,в ) + 3,5 Д с Я 2°98( я 2,г)-

Д СЯ 298 (C6H SN H 2,ж )- °™УДа получаем:

30124 = -6-393513 - 3,5-285838 - ДсЯ 298(с6Я 5ЯЯ2>;w).

Следовательно, Дс Я 298(СбЯ5Я Я 2ле) = -3391635 Дж-моль"1

Табличное значение равно: -3396152 Дж-моль' 1 Энтальпия сгорания газообразного анилина равна:

4 c ff& ,(c 6H 3A w J = ACH ^ ( C 6H 5NH2J + Д ,Я = ■

3391635 + 40483 = -3351152 Дж-моль"1

е - evaporation - испарение.

21. Рассчитать энтальпию образования этилена из простых веществ Д /# 2 9 8 (^ 2 # 4г )» если энтальпия гидратации этилена газообразной во­

дой равна:

С2Н4г + н 20 г = С2Н5ОНг - 46894 Дж-моль"1

156

Энтальпии образования газообразной воды и этилового спирта при стан­

■ Ь , Н ж ( Н 2Ог )

Подставляя данные, получим:

-46894 = -236437 - Д /# 2 9 8 (С 2 # 4 г ) +241826.

Откуда:

А/#298 (с2# 4г) = +52283 Дж•моль1.

Табличное значение равно:

А/ #298 (С2# 4г ) = +52300 Дж•моль"1

22.Для расчёта энтальпии образования НВгг по реакции:

1/2Н2г + 1/2Вг2ж = НВгг + А /# 2 9 8 ( # 5 ^ )

используются следующие уравнения:

2.AgNO.raq + К Вгщ = AgBr,m + KNOyaq - 84977 Дж-моль' 1

3.ШВг2ж+ Ag„,„ = AgBr,m - 100420 Дж-моль'1

4.1/212,т + Agiuft —Aglme —62380 Дж-моль

5.КОНщ + Hlaq = Kl-aq + Н2Ож-58157Дж-моль'1

6.KOH-aq + Н Вгщ = КВгщ + Н2Ож - 18450 Дж-моль1.

7.Ш12тй + 1/2Н2г + щ = Я/-я<7- 147143 Дж-моль'1

8.НВгг + aq = НВгщ - 133032 Дж-моль'1.

Длярешения:

9. Вычитаем из уравнения (1) уравнение (2):

К1щ + AgBrm = Agl„w+ КВгщ - 25647 Дж-моль1.

10. Складываем (9) и (3):

ШВг2ж+ Agme + К1щ = Agl„,„ + КВгщ -132067 Дж-моль'1

11. Вычитаем из (10) уравнение (4):

1/2Вг2ж + К1щ -1/212 я» + КВгщ - 69687 Дж-моль'1

12. Из уравнения (5) вычитаем (6):

Н1щ + КВгщ = К1щ + НВгщ - 39707 Дж-моль1.

13. Складываем (12) и (11):

157

1/2Вг2ж + Н1щ = НВгщ + №12т«- Ю2204 Дж-моль'1

14. Складываем (13) и (7):

1/2Вг2ж + 1/2Н2г + aq = Н Вгщ - 256537Дж-моль"1 15. Вычитаем из (14) уравнение (8):

1/2Н2г + 1ПВг2ж = НВгг - 123505 Дж-моль' 23. Для расчёта энтальпии восстановления газообразной уксусной кисло­

А гН*ш {СНъСООНг )

используют следующие реакции:

1.СН3СООНг + 202г = 2С02г + 2Н2Ож - 941400 Дж-моль1

2.Н2г + 7/202г = Н2Ож ~~285838 Дж-моль

3.С2Н4г + 302г = 2С02г + 2Н2Ож - 1159900 Дж-моль' 1 Для решения задачи вычитаем из (1) уравнение (3):

4.СН3СООНг = С2Н4г + 0 2г + 218500 Дж-моль' 1

5.Складывая (4) и (2), умноженное на 2, получаем искомое уравнение:

СН3СООНг + 2Н2г = С2Н4г + 2Н2Ог - 353176 Дж-моль' 1 24. Для определения энтальпии сгорания ацетилена по энтальпиям обра­ зования жидкой воды и С02г, используем реакции:

1.2С,т + Н2г = С2Н2г + 226747 Дж-моль *

2.Спш+ 0 2г = С02г- 393513 Дж-моль' 1

3.Н2г + 1/202г = Н2Ож - 285838 Дж-моль' 1 Для решения:

4.Складываем (2), умноженное на 2, и (3):

2С,т + Н2г + 2,502 г = 2С02г + Н2Ож—1072864 Дж-моль * 5. Вычитаем из (4) уравнение (1):

С2Н2г + 2,502 г = 2С02г + Н2Ож—1299611 Дж-моль 1

Табличное значение энтальпии сгорания А с ^ 2 9 8 ^ 2 ^ 2 г ) = 1299634

Дж-моль'1 25. Для расчёта энтальпии образования Са(ОН)2пм из простых веществ:

Са ш + Н2г + 0 2г = Са(ОН)2пш+ A f H 298 {Са {ОН )2we)

используют следующие уравнения:

1.Са ш + 7/202 г = СаО „ш- 635549 Дж-моль' 1

2.Н2г + 7/202 г = Н2Ож- 285838 Дж-моль' 1

3.СаО + Н2Ож= Са(ОН)2 ,т- 65270 Дж-моль' 1 Для решения складываем все три уравнения и получаем:

158

Са тв + Н2г + О2г = Са(0Н)2 - 986657 Дж-моль'1

Табличное значение Д f H 29%[Са(ОН)2тв ) = -987200 Дж-моль' 1

26.Для определения изменения внутренней энергии для реакций:

1.Н2г + 1/202г = Н2Ог- 241826 Дж-моль' 1

2.0,5Ы2г + 1>5Н2г = ЫН3г - 46191 Дж-моль'1

3.С„„, + 0,5О2г = СОг- 110524 Дж-моль'1,

используем уравнение:

111762 Дж-моль'1

27. Для расчёта энтальпии образования КОНтвиз простых веществ:

К1т+ 1/2Н2 г + 1/20 1 г = КОН,т + Д f Н 298(КОН тв )

используют следующие уравнения:

1.Кш + Н2Ож+ ciq = ЯОЯ-ягу + 7/2Я? t, - 201250 Дж-моль'1

2.Я2г + 1/202г = Н2Ож- 285838 Дж-моль"1.

3.КОНта + ciq = КОН• я<7- 55647 Дж-моль' 1

Сложив (1) и (2) и вычитая из них (3), получим:

Кш + 1/2Н1г + 7/20? г = КОНш - 431441 Дж-моль 1 28. Для расчёта энтальпии восстановления жидкой уксусной кислоты по реакции:

СН3СООНж+ ЗН2г = С2Н6г + 2Н2Ог + А .Н ^ С Н ^ С О О Н ж)

используют энтальпии сгорания газообразных СЯ?СООЯг , Н2г и С2Нв равные:

^С ^298(СНт^СООНг ) = -941400 Дж-моль \ Д ^ Я 298(Я 2^) =

=- 285838 Дж-моль'1,

^С ^ ш { ^ 2^ 6г ) = “ 1^9900 Дж-моль1 Энтальпия испарения жидкой

уксусной кислоты равна Д ^Я = 351,50 Дж-г' 1 а) Для решения задачи вначале определяем мольную теплоту испарения:

159

АеН = 351,50-60 = 21090 Дж-моль'1.

Энтальпия сгорания жидкой СНзСООНжбудет равна:

А с Н*ш {СНъСООНж) = Д с Н % {С Н 3СООНг ) +

Д еЯ = -941400 + 21090 = -920310 Дж-моль'1.

б) Составляют уравнения:

1.СНзСООНж+ 202, = 2С 01г + 2Н2Ож - 920310 Дж-моль'1.

2.Н2г + Ш 0 2 г = Н2Ож- 285838 Дж-моль' 1.

3.С2Н6г + 3,502, = 2С 02г + ЗН2Ож - 1159900 Дж-моль' 1 Складываем (1) и (2), умноженное на 3, вычитаем (3) и получаем

искомую энтальпию восстановления СН3СООНж:

СН3СООНж + ЗН2 , = С2Нб , + 2Я20 , - 920310 - 3 285838 - -(-1159900).

Откуда:

ДгЯ 298(СНъСООНж) = - 617924 Дж•моль"1.

29.а) Энтальпию образования 1-бутена из простых веществ по реакции:

4Ств + 4Н2г = 1-С4Н $г + Д f # 2 9 8 ^ ’ С ^ Н §г )

можно получить, используя следующие реакции:

1.Сш + 0 2г = С 02 г—393513 Дж-моль’1

2.Н2г + 1/202 г = Н2Ож- 285838 Дж-моль’1.

3.У-СУ/* г + 6 0 2, = 4С 02 г + 4Н2Ож - 2718177 Дж-моль’1. Умножаем (1) и (2) на 4, складываем полученные уравнения и вычитаем из результата (3):

4Ств + 4Н2г = 1-С4Н8 г - 4 • 393513 - 4 • 285838 + 2718177

+ 1602 Дж-моль’1.

б) Для расчёта энтальпии образования н-бутана по реакции:

4Ств + 5Н2г = Н’С4Ню г + А / Н 2 9 8 (н - С ^ Н ^ г )

составляются уравнения:

1.Ств+ 0 2г = С 02г- 393513 Дж-моль’1

2.Н2г + 7/202 г = Н2Ож- 285838 Дж-моль’1.

3.W-Q///0 г + 13/202г —4С 02г + 5Н2Ож —2878340 Дж-моль . Умножаем (1) на 4 и (2) на 5 и вычитаем из суммы уравнение (3):

4Ств + 5Я2г = п-С4Ню г - 4 • 393513 - 5 • 285838 + 2878340 Откуда энтальпия образования н-бутана равна:

160