Zadania z termodynamiki chemicznej

1. Podczas utleniania 5,75 g sodu do nadtlenku sodu w warunkach standardowych wydzieliło się 64 kJ ciepła. Oblicz ciepło tworzenia i molową entalpię tworzenia nadtlenku sodu.

2. W wyniku reakcji 56 cm³ chloru (w war. norm.) z wodorem w warunkach standardowych otrzymano 461,5 J ciepła. Oblicz molową entalpię tworzenia chlorowodoru.

3. Oblicz, ile ciepła wydzieli się w warunkach standard., w reakcji 0,5 m³ wodoru (o gęstości 0,090g/dm³) z tlenem. Ciepło tworzenia ciekłej wody wynosi -286 kJ/mol.

4. Na podstawie standardowych entalpii reakcji:

1. N₂ + 2O₂ → 2 NO₂ ΔH⁰₁ = +68,4 kJ (molowa entalpia tworzenia NO₂ = +34,2 kJ/mol

2. 2NO + O₂ → 2NO₂ ΔH⁰₂ = -144,1,4 kJ

3. N₂ + O₂ → 2NO ΔH⁰₃ = +182,5 kJ

wykaż, że entalpia jest funkcją stanu.

5. Na podstawie standardowych entalpii tworzenia:

H₂O(c): ΔH⁰₁ = -286,0 kJ/mol, CO₂: ΔH⁰₂ = -393,5 kJ/mol, C₂H₆: ΔH⁰₃ = -84,0 kJ/mol

Oblicz entalpię spalania etanu w warunkach standardowych.

6. Na podstawie standardowych entalpii tworzenia: CaCO₃: ΔH⁰₁ = -1206,6 kJ/mol, CaO: ΔH⁰₂ = -634,9 kJ/mol, CO₂: ΔH⁰₃ = -393,5 kJ/mol, oblicz entalpię rozkładu węglanu wapnia do tlenku wapnia i tlenku węgla (IV). Czy jest to reakcja endotermiczna, czy egzotermiczna?

1. Oblicz efekt cieplny (standard. entalpię) reakcji otrzymywania węgliku wapnia (karbidu) CaC_2.Entalpie tworzenia wynoszą : CaO: ΔH⁰₁ = -634,9 kJ/mol, CO: ΔH⁰₂ = -110,5 kJ/mol, CaC₂: ΔH⁰₃ = -62,8 kJ/mol.

Oblicz zużycie energii przy produkcji 1 t węgliku wapnia.

7. Oblicz entalpię reakcji zachodzącej podczas gaszenia wapna palonego:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Entalpie tworzenia wynoszą: CaO: ΔH⁰₁ = -634,9 kJ/mol , H₂O(c): ΔH⁰₂ = -286,0 kJ/mol, Ca(OH)₂: ΔH⁰₃ = -985,9 kJ/mol. Czy jest to reakcja egzotermiczna, czy endotermiczna? Oblicz efekt energetyczny gaszenia 100 kg wapna palonego.

8. Oblicz entalpię reakcji rozkładu wodorotlenku glinu:

2Al(OH)₃ →Al₃O₃ + H₂O

Molowe entalpie tworzenia wynoszą: Al.(OH)₃ : ΔH⁰₁ = -1294 kJ/mol , Al₂O₃: ΔH⁰₂ = -1676 kJ/mol, : H₂O(c): ΔH⁰₃ = -286,0 kJ/mol . Czy reakcja ta jest egzotermiczna, czy endotermiczna?

9. 9/12. Oktan, C₈H₁₈, węglowodór zawarty w benzynie, nie spala się dobrze w silnikach samochodowych­ - powoduje tzw. Stukanie. Jego liczbę oktanową przyjęto za 0, Izooktan, związek o takim samym wzorze sumarycznym jak oktan, ale o innej budowie, spala się lepiej. Jego liczbę oktanową, część oktanu zamienia się na izooktan. Oblicz molową entalpię przemiany oktanu w izooktan. Molowe entalpie tworzenia wynoszą: ΔH⁰_{tw. oktanu} = - 249,9 kJ/mol, ΔH⁰_{tw. izooktanu} = - 259,3 kJ/mol. Czy reakcja ta jest egzotermiczna, czy endotermiczna?

10. W reakcji miedzi ze stężonym kwasem azotowym (V) uczeń otrzymał brunatny gaz NO₂, który zebrał w szczelinie zamkniętej próbówki. Po oziębieniu próbówki intensywność zabarwienia zebranego w niej gazu zmalała, a po ogrzaniu znowu wzrosła. Uczeń przeczytał, że brunatny gaz NO₂ znajduje się w równowadze z bezbarwnym gazem N₂O₄: 2NO N₂O₄. Zanotował, że ΔH⁰ reakcji wynosi -57,2 kJ/mol. Czy zanotowany efekt dotyczy reakcji: 2NO₂ → 2NO₂? Odpowiedź uzasadnij.

11. Oblicz molowe ciepło (entalpię) tworzenia metanu, wiedząc, że molowa entalpia spalania metanu wynosi -890,5 kJ/mol, a molowe entalpie tworzenia CO₂ : -393,5 kJ/mol, H₂O(c): ΔH⁰₃ = -286,0 kJ/mol .

12. Oblicz entalpię tworzenia glukozy, wiedząc, że molowa entalpia spalania glukozy wynosi -2802kJ/mol. W obliczeniach wykorzystaj molowe entalpie tworzenia CO₂ i H₂O, podane w zad. 11

13. Uproszczoną reakcję fotosyntezy przedstawia się za pomocą równania:

6 CO₂+ 6 H₂O → C₆H₁₂O₆+ 6 O₂.

Wykorzystując dane z zad.11,12 oblicz entalpię tej reakcji w warunkach standardowych. Czy mniejszego nakładu energii wymaga uzyskanie glukozy w reakcji syntezy, czy fotosyntezy?

14. Molowa entalpia spalania ciekłego metanolu wynosi -726,6 kJ/mol, a entalpie tworzenia CO₂: -393,5 kJ/mol oraz ciekłej wody: -286,0 kJ/mol. Oblicz molową entalpię tworzenia metanolu.

15. Oblicz ciepło przemiany 1 mola ciekłego CH₃OH w parę. Entalpia spalania metanolu ciekłego: -726,6 kJ/mol, a metanolu gazowego: -761,8 kJ/mol.

16. Znając wartość energii wiązań, oblicz molowe entalpie reakcji syntezy:

gazowego chlorowodoru, b) wody w stanie gazowym.

Energie wiązań :H─H 486 kJ/mol, Cl─Cl 243 kJ/mol, H─Cl 432 kJ/mol, O═O 499 kJ/mol, H─O 465kJ/mol.

17. Wykorzystując energię wiązań : N≡N 947 kJ/mol, N═O 631 kJ/mol, oblicz entalpię reakcji: N₂+ O₂→ 2NO.

18. Która substancja ma większą entropię molową w temp. 25⁰C:

He(g) czy Kr(g), C(grafit) czy C(diament), H₂O(c) czy H₂O(g),HBr(g) czy HF(g), CO₂(g) czy Ne(g),CO(g) czy CO₂(g), H₂O (s) czy H₂O(c), NaCl(s) czy NaCl(aq), N₂(g) pod ciśnieniem 1000hPa czy N₂(g) pod ciśnieniem 2000 hPa?

19. Czy entropia tlenu pod ciśnieniem 1000 hPa w temp. 0⁰C jest większa niż w temp. 20⁰C? Odpowiedź krótko uzasadnij.

20. Bez przeprowadzenia obliczeń podaj , czy entropia wzrasta, czy maleje podczas zamiany wody w parę w temp. 100⁰ C. Sprawdź swoje przewidywania, obliczając zmianę entropii podczas odparowania 1 mola H₂O w temp. 100⁰ C pod ciśnieniem 1013 hPa. Entalpia parowania wody w tych warunkach wynosi około + 2,26 kJ/mol.

21. Bez przeprowadzenia obliczeń podaj , czy entropia wzrasta, czy maleje podczas zamarzania wody w temp. 0⁰ C. Sprawdź swoje przewidywania, obliczając zmianę entropii podczas zamarzania wody w temp. 0⁰C. Entalpia topienia lodu w tej temp. wynosi około 333,5 J/g.

22. Bez przeprowadzenia obliczeń podaj , czy entropia wzrasta, czy maleje podczas oziębiania wody od w temp. 25⁰ C do temp. 4⁰C. Sprawdź swoje przewidywania , obliczając zmianę entropii podczas oziębiania 1 mola wody od w temp. 25⁰ C do temp. 4⁰C. Ciepło właściwe wynosi wtedy ok. 4,2 J/(g •K)

23. Bez przeprowadzenia obliczeń podaj, czy entropia układu wzrasta, czy maleje podczas reakcji:

N₂(g) + 2O₂ →2 NO₂(g);

2 H₂(g)+ O₂→2 H₂O(g);

2 NO(g)+O₂(g) →2 NO₂(g)

CaCO₃(s)+ 3C(s) →CaC₂(s)+ CI(g);

CaO(s)+3C(s) →CaC₂(s)+ CO(g);

CaO(s)+H₂O(c) →Ca(OH)₂(s);

2 Al(OH)₃→Al₂O₃(s)+3 H₂O(c);

fotosyntezy glukozy: 6 CO₂(g)+6 H₂O(c) →C₆H₁₂O₆(s) + 6O₂(g);

Sprawdź swoje przewidywania, obliczając standardową zmianę entropii tych reakcji. Entropie gazów podane w J/(mol۰K) wynoszą: H₂ 130,6; N₂ 191,5; O₂ 205,0; H₂O 188,7; NO₂ 240,1; NO 210,6; CO ₂ 213,7; CO 197,6;

Entropia ciekłej wody =70,0 J/(mol۰K) wynoszą; C(grafit) 5,7; CaO 38,1; CaC₂ 70,2; Ca(OH)₂ 83,4; CaCO₃ 91,7; Al₂O₃ 50,9; Al.(OH)₃ 68,34; glukozy C₆H₁₂O₆ 212,1. Czy biorąc pod uwagę tylko zmianę entropii , przewidujesz, że reakcje te powinny przebiegać samorzutnie?

24. Standardowa molowa entalpia spalania grafitu wynosi - 393,8 kJ/mol, a stand.molowa entalpia spalania diamentu wynosi - 396,7 kJ/mol. Oblicz standard. entalpię i standard. entalpię swobodną reakcji C(grafit) →C(diament). Wykorzystaj dane z zad. 9/28. Czy w warunkach standard. proces ten jest samorzutny, czy wymuszony?

25. Określ, jak zmieni się szybkość reakcji 2NO + 2H₂ ↔ N₂ + 2H₂O przebiegającej w fazie gazowej, według równania kinetycznego v = k[NO]²[H₂ ], jeśli ciśnienie reagujących gazów wzrośnie trzykrotnie

Szybkość reakcji i stała równowagi

26. W zamkniętym naczyniu, w określonej temperaturze T, równowaga reakcji: 2NO₂ ↔ 2NO + O₂ ustaliła się z chwilą osiągnięcia następujących stężeń: [NO] = 0,12 mol/dm³, [NO] = 0,48 mol/dm³, [O]= 0,24mol/dm³:

1. Oblicz stałą równowagi chemicznej w temperaturze T

2. Oblicz, jakie było wyjściowe stężenie NO₂

27. Stała równowagi reakcji: CH₃COOH + C₂H₅OH ↔ CH₃COOC₂H₅ + H₂O w temperaturze T wynosi 4. Mieszanina wyjściowa zawierała 3 mole alkoholu etylowego i 1 mol kwasu octowego. Oblicz liczby moli wszystkich reagentów w stanie równowagi.

28. Podczas przemysłowej produkcji kwasu siarkowego(VI) jednym z etapów jest utlenianie tlenku siarki(IV) do tlenku siarki(VI) Wykonaj polecenia:
    a) Podaj wzór lub nazwę katalizatora, którego używa się w tym procesie
    b) Nazwij ten rodzaj katalizy
    c) Zapisz równanie reakcji utleniania
    d) Oblicz, ile razy zmniejszy się lub zwiększy szybkość powyższej przemiany, jeśli stężenie tlenku siarki IV wzrośnie czterokrotnie.

29. Szybkość reakcji
    2SO₂ + O₂ → 2SO₃
    
    wyraża się równaniem kinetycznym V = k[SO₂]²[O₂]
    Oblicz, jak zmieni się szybkość tej reakcji, jeżeli do przeprowadzenia procesu, przy niezmienionej ilości reagentów, zastosuje się naczynie o trzykrotnie mniejszej objętości.

30. Tlenek azotu(II) reaguje z tlenem, tworząc tlenek azotu(IV):
    2NO + O₂ → 2NO₂
    Szybkość tej reakcji opisuje równanie kinetyczne: v = k [NO]²[O₂]
    Oblicz, ile razy należy zwiększyć stężenie tlenku azotu(II), nie zmieniając stężenia i warunków przebiegu procesu, aby szybkość reakcji wzrosła czterokrotnie.

31. Jak wpłynie zmiana ciśnienia na położenie stanu równowagi następujących reakcji.

4HCl(g) + O2 ↔ 2H2O(g) + 2Cl2(g)	H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g)
PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g)	N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)

32. Określ, jak wpłynie wzrost ciśnienia na wydajność produktów powstających w poniższych reakcjach. Uzasadnij swoją odpowiedź.

1. N_2(g) + 3H₂ ↔ 2NH_3(g)

2. N_2(g) +O_2(g) ↔ 2 NO_(g)

33. Spośród podanych poniżej równań reakcji wybierz równanie tej przemiany, dla której stan równowagi zostanie przesunięty w prawo zarówno pod wpływem ciśnienia, jak i wzrostu temperatury(zakreśl obok X)

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) ∆H < O	2NO2(g) ↔ N2(g) + O2(g) ∆H < O
CO2(g) + H2(g) ↔ N2O4(g) ∆H > O	3/2 O2(g) ↔ O3(g) ∆H > O

34. Pewna reakcja chemiczna przebiega w roztworze wodnym. Określ, którą stronę przesunie się równowaga tej przemiany, jeżeli: zwiększy się ciśnienie, wprowadzi się dodatkową ilość substratów.

35. Określ, w którą stronę przesuniecie równowaga egzoenergetycznej reakcji:

2H₂S_(g) + 3O_2(g) ↔ 2 SO_2(g) + 2H₂O_(g) jeżeli

1. usunie się parę wodną

2. ochłodzi się układ

36. Stała szybkości rozpadu HI w temperaturze 390 stopni C wynosi 2,4 * 10^-4dm³/mol. Ile wynosi czas potrzebny na obniżenie stężenia substratu z 0,08 mola do 0,02?

---