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

= 97500 Дж-моль В ходе реакции 80 % Н М О з>г получают по первой (а) реакции,

тогда:

27.а) Для расчёта энтальпии образования циклопропана составляются

уравнения:

3| ств + 0 2,г = С 0 2,г -393513 Дж-моль' 1

3| Н 2>г + 1/202 г = Н 2О ж -285838Дж-моль4

- l| ц - С3Н6г + 9/202 г = ЗСС>2Г+ ЗН2Ож -209160СДж-моль'1 ЗСТВ + ЗН2>Г = ц - С3Н 6>Г + 2091600 -3-393513 -3-285838

A f ^ 298(i/ -С 3Н 6 г ) = 53547 Дж-моль 1 б) Изомеризация циклопропана:

I/ - С3Н 6)Г = С 3Н 6 г + Ajs#298 (‘s _ isomerisation - изомеризация) Aistf298 = Af Я 298(С 3Н б г) - Af Я?98(г/ - C3H 6,r) = 20413 - 53547 =

= -33134 Дж-моль"1

Реакция экзотермическая.

28. Для расчёта энтальпии реакции гидрирования жидкой уксусной кислоты

сн3соонж +зн2г=с2н6г+2Н2Ож

необходимо вначале рассчитать энтальпии образования жидкой уксусной кислоты и этана по энтальпиям сгорания.

а) Энтальпия образования газообразной уксусной кислоты:

- l | СН3С О О Ц .+ 2 0 2г = 2С 0 2 ,г +2Н 20 -9 4 1 4 0 0 Дж-моль

2| Ств + 0 2 г = С 0 2г -3 9 3 5 1 3 Дж-моль'1

191

2| Н 2,г + 1 /2 0 2>г = Н 20 ж -285838 Дж-моль-1.

2С тв + 0 2>г + 2Н 2 г = СН 3СООН г + 941400 - 2-393513- 2-285838

Af Я 298(С Н 3С О О Н г) = -417302 Дж-моль-1.

б) Энтальпия конденсации газообразной уксусной кислоты будет равна:

Д сп # 2 9 8 = -843-60 = -50626 Дж-моль-1.

в) Энтальпия образования жидкой уксусной кислоты будет равна:

ДгЯ2°98(СН3СООНж) = AfЯ298(СН3СООНг) + дспя ?98 =

= -417302 - 50626 = -467928 Дж-моль'1. г) Энтальпия образования этана определяется по энтальпиям сгорания:

- 1| С2Н6г + 7 /2 0 2,г = 2С 02,г + ЗН20 -1159900

Дж-моль”1.

2| Ств + 0 2 г = С 02 г -393513 Дж-моль-1.

3| Н 2 г + 1 /2 0 2>г = Н 2О ж -2 8 5 8 3 8 Дж-моль-1.

2СТВ + ЗН2г = С2Н бг + 1 159 900 - 2393513 - 3-285838 Энтальпия образования этана равна:

A f ^ 298 ( ^ 2 ^ 6 ,г) = ^484640 Дж-моль’ 1.

д) Энтальпия реакции гидрирования уксусной кислоты будет равна:

ДГЯ 298 = AfЯ °98(С2Нб1Г) + 2ДГЯ 2°98(Н 2Ож) - Af Я 2°98(СН3СООНж) =

= -484640 + 2(-285838) - (-467928) = -588396 Дж-моль"1.

192

4.16.1.Энталышя растворения 4.16.2.Энтальпия разведения

4.16.3.Решение задач

1.Энтальпии растворения КОНтв, НС1Ги КС1ТВв 6400 моль воды

можно представить в форме уравнений:

1.КОНтв + aq = КОНтв • aq - 53856 Дж-моль4

2.НС1Г+ aq = НС1Г • aq - 73584 Джмоль-1

3.КС1те + aq = КС1ТВ • aq + 18564 Дж моль-1

Энтальпии образования этих соединений будут равны: 4. Ктв + 1/202>г+ 1/2Н 2 г = К О Н тв - 426851 Дж-моль-1

5. 1/2Н2 г+ 1/2С12>г= НС1Г - 92299 Дж-моль-1.

6. Ктв + 1/2С12)г = КС1ТВ - 435847 Дж-моль-1.

Складывая (1) и (4), (2) и (5), (3) и (6), получаем:

КОН • aq + НС1 • aq = КС1 • aq + H20 • aq + ArH298.

Откуда получим согласно закону Гесса:

ArH2098 = AfH?98(KCl-aq) + AfH?98(H2O-aq)-AfH2°98(KOH-aq)-

- AfH298(HCl • aq) = - 417283 - 285838 + 480707 + 165883 =

=-56531 Дж-моль-1.

От табличной величины энтальпия нейтрализации отличается на

А= - 56902 - (-56531) = 371 Джмоль4 или на 0,65 %.

3.Для расчёта энтальпии следующих процессов:

1CuS04ТВ+ н20 =CuS04 •Н20+ ДЯ!

2- CuS04 • Н2Отв + 4Н20 = CuS04 • 5Н20 + ДН2

3- CUS04TB+ 5Н20 = CuS04 • 5Н20 + АЯ3

193

м111,11 + 1,7983

Врастворе содержится:

«H ,SO 4 = 5 0 /9 8 = 0,51 моль серной кислоты.

Тогда теплота растворения будет равна:

А Н = « H 2S0 4 ’ А Н М ~ ~ 0.51-73536 = - 37503 Дж. 6. По формуле Томсена:

Аи -8974/г

ДЯ ИНТ = ---------------4,184 инт п + 1,737

рассчитываем Д # инт, предварительно определяя:

мНо0 = 2 000/18 = 111,11; « н н о 3 = 2 7 0 /6 3 = 4 ,2 8 5 ;

М HNO. = 63.

194

8. Составляем термохимические уравнения синтеза и растворения N H 3 :

1. l/2N2jr + 3/2Н2>г = N H 3>r -4 6 1 9 1 Дж моль4

2.l/2N2 r + 3/2Н 2 г = N H 3 )K- 71128 Дж-моль4

3.NH3 г + aq = N H 3 • aq - 34936 Дж-моль4

Вычитая из (1) выражение (2), получим:

4. NH3 r = N H 3 ж - 71128 - (-46191) = - 24939 Дж-моль4

Вычитая из (3) выражение (4), получим:

NH3i5K + aq = N H 3 • aq - 34936 - (-2 4 9 3 9 ) = - 9997 Дж-моль4

что и требовалось найти.

9. Для расчёта энтальпии образования серной кислоты из простых веществ

STB + Н 2г + 2 0 2>г = H 2S 0 4 + Д гH?98(H 2S 0 4)

составляем следующие уравнения:

1. S02 • aq+С12)Г + 2Н 2О г = H 2S 0 4 • aq+ 2НС1- aq- 310034 Дж-моль4 ,

195

•+2C^r+ Q r+aq=b^SQ-aq+2HClaq-l 252119Дж-моль"'.

Умножив (5) на 2 плюс (6), получим:

9. Н2 г + С12г + aq = 2НС1 • aq - 332100 Дж-моль"1

Вычитая из (8) уравнение (9), получим:

10. STB + Н2г + 2 0 2 г = H2S 0 4 - 827762 Дж-моль"1

Табличное значение равно: A f//298(H 2S0 4 ) = ~ 840650 Дж-моль"1.

Разность этих значений равна: А = 12888 Дж-моль"1или 1,53 %.

10. В задаче состав раствора даётся в массовых процентах. Следовательно, в первом растворе 30 г НС1 растворено в 70 г Н2О, а во втором разбавленном растворе 0,5 г НС1 растворено в 99,5 г воды. В приведённой табл. 4.19 (т. 1,стр.155) интегральные теплоты представлены в расчёте на растворение 1 моль НС1 в заданном числе моль Н2О. Поэтому пересчитываем концентрации:

кДж-моль"1. Для второго раствора пересчитывая концентрации, имеем:

Для второго раствора имеем: Д инт/ / 2 = -74,41 кДж-моль"1 Теплота разбавления 1-го раствора вторым будет равна разности:

ДинтЯф^б.) = Динт# 2 - Динх#1 = -74,41 - (-63,35) = -11,06 кДж-моль"1.

Разбавление концентрированного раствора разбавленным раствором является самопроизвольно протекающим процессом и

196

сопровождается выделением энергии в форме теплоты сольватации

бсольв. • 11. Составляем уравнения:

3. Na2S03 • 7H20 +aq —Na2S03 • 7H20 • aq +Д^Я2gg.

Вычитая из (1) выражение (2), получим искомое уравнение:

(т. 1,стр. 155). Для этого пересчитываем массовые проценты в моль воды на моль H N 03 .

В 1000 г раствора содержится 630 г H N 03 и 370 г воды. Число

моль воды в расчёте на 1 моль H N 03 определится по пропорции:

1 м о л ь --П Н2о

630/63

Методом интерполяции по табл. 4.19 (т. 1,стр.155) определяем теплоту растворения:

Изменение энтальпии при разбавлении раствора будет равно: ДЯ(разб.) = А Н 2 ~ AHi = -31,95 - (-24,51) = -7,44 кДж-моль4

Процесс разбавления концентрированного раствора водой является самопроизвольным и сопровождается выделением энергии в форме теплоты.

13. Производим пересчёт массовых процентов в число моль НзО на 1 моль НС1.

197

Методом интерполяции по табл. 4.17 (т. 1) находим теплоту растворения:

16. Решение задачи производится в следующей последовательности.

а) Определяем моляльность насыщенного раствора КВг в воде по табл.

300 ■р и 20 + (1° ■^р-ра “ ,гКВгМКВг)

___________ 0,00115 1000___________

” 300 -1+ (10 -1,374 - 0,00115 -118,99) ~

= 0,0036 моль-(1000 г)"1 д) Определяем интегральные энтальпии растворения по табл. 4.19 для моляльностей:

199