Termochemia
1.
Obliczyć ciepło reakcji syntezy kwasu akrylowego: (CH)2+CO+H2O( c)= CH2CHCOOH(c )
pod ciśnieniem 1,013⋅105 Pa i w temperaturze 298 K na podstawie ciepeł tworzenia oraz na podstawie ciepeł spalania. Obliczyć również ∆U O
r reakcji syntezy w 298 K.
Substancja
∆H o
o
tw [kJ/mol]
∆Hsp [kJ/mol]
(CH)2
226,90
-1300,60
CO
-110,60
-283,17
H2O( c)
-286,04
0,0
CH2CHCOOH( c)
-382,66
-1371,20
Odp.:−213,05 kJ/mol, −212,6 kJ/mol 2. Standardowa entalpia tworzenia ciekłego metanolu wynosi −238,7 kJ/mol w temperaturze 298K. Znając standardowe entalpie tworzenia CO2 (−393,77kJ/mol) i H2O(c) (−285,77 kJ/mol) obliczyć standardową entalpię spalania tego związku. Odp.: −726,61 kJ/mol 3. Ciepła spalania 1,1-dichloroetanu (CHCl −
2 CH3) węgla i wodoru w warunkach
standardowych wynoszą odpowiednio: −1206,78 kJ/mol, −393,77kJ/mol i −285,77 kJ/mol, a ciepło tworzenia 1,2-dichloroetanu (CH2Cl−CH2Cl) wynosi −165,7 kJ/mol. Obliczyć ciepło reakcji izomeryzacji 2 moli 1,1-dichloroetanu do 1,2-dichloroetanu. Odp.:−53,6 kJ/mol 4. Wyznaczyć efekt cieplny reakcji
CO
→
(g) +1/2O2(g)
CO2(g) w temp. T = 500 K i pod ciśnieniem po = 1,013⋅105 Pa.
o
∆H
(298K)= −393,77kJ·mol−1,
tw, CO ( g )
2
o
∆H
(298K)= −110.60kJ·mol−1,
tw, CO ( g )
o
C
= 37,1 J·K−1·mol−1,
o
C
= 29,2 J · K−1 · mol−1.
o
C
= 29,4·K−1·mol−1.
p, C
p, O ( g )
2
O ( g )
p, CO ( g )
2
Odp.: −284,47 kJ/mol
5. Do termicznie izolowanego naczynia zawierającego 6 kg wody o temperaturze 303 K
wprowadzono 1 kg śniegu o temperaturze 263 K. Obliczyć temperaturę, jaka się ustali w naczyniu, jeżeli ciepło topnienia śniegu wynosi 333,5 J⋅g-1, ciepło właściwe śniegu jest równe 2,017 J⋅g-1 K-1 a wody 4,184 J⋅g-1 K-1. Odp.:T=286,6 K
6. Standardowa entalpia tworzenia ciekłej wody w temperaturze 298 K jest równa –
285,9kJ⋅mol–1, standardowa entalpia parowania w temperaturze wrzenia (373 K) 40,66
kJ⋅mol–1, molowe pojemności cieplne wody ciekłej i pary wodnej można przedstawić wyrażeniami:
o
−1
−1
o
−3
−1
−1
C
= 75,15 J ⋅ K ⋅ mol ,
C
= 30,13 +11,30⋅10 T J ⋅ K ⋅ mol
p, H O
p, H O
2
(c)
2
(g)
Obliczyć standardową entalpię tworzenia pary wodnej w temperaturze 298 K (wielkość rachunkową, często stosowaną w obliczeniach fizykochemicznych). Odp.: 242,15 kJ/mol 1
7. Przeciętny człowiek w ciągu doby w wyniku przemian metabolicznych wytwarza około 10MJ ciepła. Zakładając, że ciało ludzkie o masie 65 kg jest układem izolowanym i ma pojemność cieplną wody (1 cal/g⋅K), oszacuj, o ile wzrosłaby jego temperatura. Ciało ludzkie jest w rzeczywistości układem otwartym, a strata ciepła odbywa się głównie przez odparowanie wody. Jaka masa wody musi ulec odparowaniu każdej doby, aby utrzymać stałą temperaturę ciała? ∆Hopar(H2O)=2427 kJ/kg. Odp.: ∆T = 36,8 K, m = 4,12 kg 8. Obliczyć ciepło, pracę, ∆U i ∆H w procesie ogrzania 2 moli CS2 od 0 do 100oC pod stałym ciśnieniem równym p o, zakładając niezależność objętości fazy ciekłej od temperatury i traktując fazę gazową jako gaz doskonały. CS2 wrze w temperaturze 319,4 K, zaś ∆Hopar w temperaturze wrzenia wynosi 26,77 kJ/mol. Przyjąć, że: o
C ( CS , c) = 75, 65 J / mol ⋅ K oraz o 3
−
5
2
C ( CS , g)
52,1 6, 7 10 T
7,53 10 T −
=
+
⋅
−
⋅
J / mol ⋅ K .
p
2
p
2
Odp.:65,72 kJ, −6,20 kJ, 59,52 kJ, 65,72 kJ.
9. Obliczyć molowe ciepło spalania metanolu w temperaturze 600 K na podstawie następujących danych:
o
∆
o
H
,
C
tw, 298
p
−
1
−
−1
1
⋅
⋅
kJ mol
[J K
mol ]
⋅
O2
–
36,17 + 0,84⋅10–3 T – 4,31⋅105 T –2
CH3OH(c)
–238,7
81,6
CH3OH(g)
20,42 + 103,7⋅10–3 T – 24,64⋅106 T 2
CO2
–393,51
44,15 + 9,04⋅10–3 T – 8,54⋅105 T – 2
H2O(g)
–241,8
30,13 + 11,30⋅10–3 T
Metanol pod ciśnieniem standardowym wrze w temperaturze 338 K, a jego ciepło parowania wynosi w tych warunkach 35,39 kJ⋅mol–1. Odp.: −674,77 kJ/mol 10 Obliczyć standardową entalpię tworzenia KBr w 298 K znając efekty cieplne pod stałym ciśnieniem następujących reakcji w tej temperaturze: a) H
0
2 (g) + Br2 (g) = 2HBr(g) ∆H1 = -64,4 kJ
b) K
0
(s) + H2O(c) = KOH(aq) +1/2 H2 (g) ∆ H 2 = -182,7 kJ
c) KOH
0
(aq) + HBr(aq) = KBr (aq) + H2O ∆ H 3 = -55,0 kJ
Ciepła rozpuszczania KBr i HBr wynoszą odpowiednio 21,0 i –83,8 kJ/mol a ciepło parowania bromu jest równe 31,2 kJ/mol. Odp.: o
∆H
= −159,1 kJ⋅mol.
tw, KBr ( s )
2