Termodynamika 1


TERMODYNAMIKA - ZADANIA

Z WYBRANYMI PRZYKŁADAMI ROZWIĄZAŃ

Zadanie 1 Standardowe ciepła spalania węgla, wodoru i naftalenu wynoszą:

Substancja

C

H

C10H8

ΔHosp. (298) kJ / mol

-393

-284

-5157

Wyliczyć standardowe ciepło tworzenia ΔHotw. (298) naftalenu z pierwiastków:

10 C(s)+ 4 H2(g) = C10H8 (s) a następnie zmianę energii wewnętrznej ΔU.

Rozwiązanie:

Reakcja (a) C (S) + O2 (G) = CO2 (G) ΔH Osp. (298) = - 393 kJ / mol

Reakcja (b) H2 (G) + ½ O2 (G) = H2O (C) ΔH Osp. (298) = - 284 kJ / mol

Reakcja (c) C10H8 (S) + 12 O2 (G) = 10 CO2 (G) + 4 H2O (C)

ΔH Osp. (298) = - 5157 kJ / mol

10 C(s)+ 4H2(g)= C10H8 (s)

A więc: Reakcja (tworzenia C10H8) = 10 ●Reakcja (a) + 4 ●Reakcja (b) - Reakcja (c)

Czyli: 10 C (S) + 10 O2 (G) + 4 H2 (G) + 4 ½O2 (G) - C10H8 (S) - 12 O2 (G) = 10 CO2 (G) +

+ 4 H2O (C) - 10 CO2 (G) - 4 H2O (C)

ΔH otw. (298) = 10●ΔH O sp. (298) [Reakcji (a)] + 4●ΔH O sp. (298) [Reakcji (b)] -

- ΔH O sp. (298) [Reakcji (c)]

ΔHotw. (298) = 10 ● (- 393 kJ / mol) + 4 ● (- 284 kJ / mol) + 5157 kJ / mol

ΔHo tw. (298) = 91 kJ/mol

ΔH = ΔU + Δn●R●T

ΔU = ΔH - Δn●R●T

w fazie gazowej: Δn = n2 (produkty) - n1 (substraty) = 0 - 4 = - 4

Δn●R●T = (- 4●8,314 J / mol●K)● 298 K = - 9, 91 kJ

ΔU = 91 kJ - (- 9,91 kJ ) = 100,91 kJ

Odpowiedź: ΔHo tw. (298) = 91 kJ / mol ΔU = 100,91 kJ

Zadanie 3. Wyliczyć entalpię standardową, ΔHo r (673), w temperaturze 673 K dla reakcji:

S2(s)+ 4 CO2(g) = 2 SO2(g)+ 4 CO(g)

znając standardowe entalpie tworzenia ΔHotw.(298) w temperaturze 298 K i średnie ciepła molowe: Cp(śr) reagentów.

Substancja

ΔHotw. (298) kJ / mol

Cp(śr) J / mol ● K

S2

0

24

CO2

-393

37

SO2

-297

40

CO

-110

29

Rozwiązanie:

S2(s)+ 4 CO2(g) = 2 SO2(g)+ 4 CO(g)

Zgodnie z prawem Kirchhoffa:

ΔHo r (673) = ΔHor (298) + ΔC p (śr) ●(T2 - T1)

ΔC p (śr.) = Σ n i●C p (śr.) (produkty) - Σ n i●C p (śr.) (substraty)

ΔC p (śr.) = [ (2 mole) ● (40 J / mol ● K) + (4 mole) ● ( 29 J / mol●K) ] - [ (1 mol) ● (24 J / mol●K) + (4 mole) ● (37 J / mol●K) ] = 24 ( J / mol ●K)

ΔH T1 = Σ n iΔHo298 (produkty) - Σ n i ΔHo298 (substraty)

ΔHor. (298) = [ (2 mole) ● (- 297 kJ / mol) + (4 mole) ● (- 110 kJ / mol) ] - [ (1 mol) ● (0 kJ / mol) + 4 mole) ● (- 393 kJ / mol )] = 538 kJ / mol

ΔHo r (673) = 538 kJ / mol + ( 0,024 kJ / mol●K) ● 375 K

ΔHo r (673) = 547 kJ

Odpowiedź: ΔHo r (673) = 547 kJ

Zadanie 4. Znając wartości standardowej entalpii tworzenia i entropii substratów oraz produktów reakcji:

3 CO(g)+ 2 H2O(c)= CH3OH(g)+ 2 CO2(g)

wyliczyć standardową entalpię swobodną, ΔGor (298), reakcji w temp. 298 K

Substancja

CO

H2O

CH3OH

CO2

ΔHotw. (298) kJ / mol

-110

-242

-201

-393

ΔSor. (298) J / molK

198

189

240

214

Rozwiązanie:

ΔGOr = ΔHOr - T●ΔSOr

ΔHOr. (298) = Σ ΔHOr. (298)●ni (produkty) - Σ ΔHOr. (298) ●ni (substraty)

ΔHOr. (298) = [ 1●(-201) + 2●(- 393) ] - [ 3●(- 110) + 2●(- 242) ] = - 173 kJ / mol

ΔSOr. (298) = Σ ΔSOr. (298) ●ni (produkty) - Σ ΔSOr. (298) ●ni (substraty)

ΔSOr. (298) = [ 1●(240) + 2●(214) ] - [ 3●(198) +2●(189) ] = - 304 J / mol●K

a więc:

ΔGOr. (298) = -173 kJ / mol - ( 298 K●(- 0,304 kJ / mol●K) = - 82,4 kJ / mol

Odpowiedź: ΔGor (298) = - 82,4 kJ / mol

Zadanie 5. Ciepło potrzebne do stopienia chlorku sodu wynosi 30,3 kJ / mol. Przyrost entropii wynosi 28,2 J / mol●K. Na podstawie tych danych oblicz temperaturę topnienia. chlorku sodu.

Rozwiązanie:

0x01 graphic

0x01 graphic

Odpowiedź: Tt = 1074,46 K

Zadanie 6. W temperaturze 0°C entropia wody H2O (S) i H2O (C) wynosi odpowiednio 37,95

J / (mol●K) i 59,94 J / (mol●K). Oblicz ΔH pf (273) i ΔS (273) dla przemiany 1 mol lodu w ciekłą wodę w temperaturze 0°C.

Rozwiazanie:

ΔSO (273) (S) = 37,95 J / mol ● K

ΔSO (273) (C) = 59,94 J / mol ● K

ΔSO (273) = ΔSO (273) (C) - ΔSO (273) (S) = 59,94 J / mol ● K - 37,95 J / mol ● K = 21,99 J / mol ● K = 22 J / mol ● K

0x01 graphic

Odpowiedź: ΔHo pf (273) = 6 kJ / mol ΔSO (273) = 22 J / K

Zadanie 9: Oblicz standardową entalpię tworzenia gazowego amoniaku w temperaturze 400 oC, jeżeli standardowa entalpia tworzenia amoniaku w temperaturze 25°C (ΔH°tw. (298)) wynosi - 46,11 kJ /mol a pojemności cieplne (CP) gazowego azotu, wodoru, amoniaku wynoszą kolejno: 29,125 i 28,824 oraz 35,060 J/K ● mol.

Rozwiązanie:

N2 (g) + 3 H2 (g) = 2 HN 3 (g)

ΔH T1 = ΔH T2 + ΔC p (śr) ●(T2 - T1)

T1 = 273 + 25 = 298 K

T2 = 273 +400 = 673 K

ΔC p (śr.) = Σ n iC p (śr.) (produkty) - Σ n i C p (śr.) (substraty)

ΔC p (śr.) = [ (2 mole) ( 35,060 J / mol ●K) - [ (1 mol) ( 29,125 J / molK) + (3 mole) (28,824 J / mol K) = - 0,045 kJ / mol ●K)

ΔHo tw. (298) = - 46,11 kJ / mol

A więc:

ΔH°tw. (673) = - 46,11 kJ / mol + (-0,045 KJ / mol K ) 375 K = - 63,16 kJ / mol

Odpowiedź: ΔH°tw. (673) = - 63,16 kJ / mol

Zadanie 13. Standardowe ciepła spalania grafitu i diamentu na CO2 są równe:

ΔHgrafitu = - 394,6 kJ / mol, ΔHdiamentu = - 395,3 kJ / mol. Obliczyć ciepło przemiany alotropowej

Cgrafitu -> Cdiament

Rozwiązanie:

Cgrafit + O2 (g) = CO2 (g) ΔHgrafitu = - 394,6 kJ / mol

Cdiament + O2 (g) = CO2 (g) ΔHdiamentu = - 395,3 kJ / mol

Odejmując stronami:

Cgrafit + O2 (g) - [ Cdiament + O2 (g) ] = CO2(g) - CO2(g)

Cgrafit = Cdiament

Zatem dla 1 mola grafitu i diamentu

ΔHo pa = (1 mol) ● (- 394,6 kJ / mol) - (1 mol) ●(- 395,3 kJ / mol) = 0,7 kJ

Odpowiedź: ΔHo pa = 0,7 kJ

16. Zmiana entalpii dla procesu:

2Hg (c) + Cl2 (g)= Hg2Cl2 (s)

przeprowadzana w warunkach standardowych jest równa -264,85 kJ/mol. Obliczyć zmianę entropii dla tego procesu, wiedząc, że zmiana entalpii swobodnej ΔG = -210 kJ/mol.

Rozwiązanie:

2Hg (c) + Cl2 (g)= Hg2Cl2 (s)

ΔGOr = ΔHOr - T●ΔSOr

0x01 graphic

Odpowiedź: ΔSo r (298) = 0, 184 kJ /mol K

Zadanie 19. Stosując prawo Hessa obliczyć molowe ciepło tworzenia benzenu w 25oC, znając ciepło spalania benzenu i ciepło tworzenia wody i dwultenku węgla. Wynik podać w kJ/mol.

6C (S) + 3H2 (G) = C6H6 (C) ΔHOtw. (298)

wykorzystać następujące r-cje:

Reakcja (1) C (S) + O2 (G) = CO2 (G) ΔH1 = - -94,05 kcal

Reakcja (2) H2 (G) + ½ O2 (G) = H2O (C) ΔH2 = - 68,317 kcal

Reakcja (3) C6H6 (C) + 7,5 O2 (G) = 6 CO2 (G) + 3 H2O (C) ΔH3 = - 780,98 kcal.

Rozwiązanie:

Reakcja: 6 C (S) + 3 H2 (G) = C6H6 (C)

A więc: Reakcja (tworzenia C6H6) = 6 ●Reakcja (1) + 3 ●Reakcja (2) - Reakcja (3)

a więc:

6 C (S) + 6 O2 (G) + 3 H2 (G) + 3/2 O2 (G) - C6H6 (C) - 7,5 O2 (G) = 6 CO2 (G) + 3 H2O (C) -

- 6 CO2 (G) - 3 H2O (C)

po uproszczeniu:

6 C (S) + 3H2 (G) = C6H6 (C)

ΔHOtw. (298) = 6 ΔH1 +3 ΔH2 - ΔH3

ΔHOtw. (298) = 6(- 94,05 kcal) + 3 (- 68,317 kcal) - (- 780,98 kcal.)

ΔHOtw. (298) = 11,73 kcal

1 cal = 4,1868 J

a więc:

ΔHOtw. (298) = 11,73 4,1868 J = 49,11 kJ

Odpowiedź: ΔHOtw. (298) = 49,11 kJ / mol

    1. Standardowe ciepła spalania węgla, wodoru i naftalenu wynoszą:

Substancja

C

H2

C10H8

ΔHo298 sp. kJ/mol

-393

-284

-5157

Wyliczyć standardowe ciepło tworzenia ΔHotw. (298) naftalenu z pierwiastków:

10 C(s)+ 4H2(g)= C10H8 (s) a następnie zmianę energii wewnętrznej ΔU.

Odpowiedź: ΔHo tw. (298) = 91 kJ/mol ΔUo= 100,91 kJ

2. Obliczyć entalpię r-cji:

CH2=CH2(g)+ H2(g)= CH3 -CH3(g)

Znając entalpię następujących reakcji:

CH2=CH2(g)+ 3O2(g)= 2CO2(g)+2H2O(c) ΔHO = -1409 kJ

H2(g) + 1/2O2(g)= H2O(c) ΔHO = -286 kJ

CH3 -CH3(g) + 7/2O2(g)= 2CO2(g)+3H2O(c) ΔHO = -1557 kJ

Odpowiedź: ΔHor = -138 kJ

3. Wyliczyć ΔHo r (673) reakcji:

S2(s)+ 4CO2(g) = 2SO2(g)+ 4CO(g)

znając standardowe entalpie tworzenia ΔHo298 i średnie ciepła molowe: Cp(śr) w temp. 400oC

Substancja

ΔHo298 kJ/mol

Cp(śr) J/mol*K

S2

0

24

CO2

-393

37

SO2

-297

40

CO

-110

29

Odpowiedź: ΔHo r (673) = 547 kJ

4. Znając entalpię tworzenia i entropie substratów oraz produktów reakcji:

3CO(g)+ 2H2O(c)= CH3OH(g)+ 2CO2(g)

wyliczyć entalpię swobodną ΔGor (298) reakcji w temp. 298 K

Substancja

CO

H2O

CH3OH

CO2

ΔHo298 kJ/mol

-110

-242

-201

-393

ΔSo298 J/mol*K

198

189

240

214

Odpowiedź: ΔGor (298) = -82,4 kJ/mol

  1. Ciepło potrzebne do stopienia chlorku sodu wynosi 30,3 kJ/mol. Przyrost entropii wynosi 28,2 J/(mol * K). Na podstawie tych danych oblicz temperaturę topnienia.

Odpowiedź: Tt = 1074,46 K

  1. W temperaturze 0°C entropia wody H2O (S) i H2O (C) wynosi odpowiednio 37,95 J/(mol* K) i 59,94 J/(mol*K). Oblicz ΔHo pf (273) i ΔSo (273) dla przemiany 1 mol lodu w ciekłą wodę w temperaturze 0°C.

Odpowiedź: ΔHo pf (273) = 6 kJ/mol ΔSO (273) = 22 J/K

  1. Znając ciepła tworzenia:

  2. ΔH°tw. [kJ /mol]

    Al2O3

    - 1670

    SO3

    - 395

    Al2(SO4)3

    - 3434

    Odpowiedź: ΔHOr = -579 kJ, jeśli przereaguje 26,8 g Al2O3 to wydzieli się 150,54 kJ energii na sposób ciepła.

    1. Efekt cieplny reakcji: Al2O3 (c. st.) + 3SO3 (g) = Al2(SO4)3 (c. st.) wynosi

    - 579 kJ. Znając ciepła tworzenia (ΔH°tw.) Al2O3 = - 1670 kJ /mol i

    Al2(SO4)3 = - 3434 kJ /mol wyliczyć ciepło tworzenia SO3.

    Odpowiedź: ΔH°tw. = -395 kJ/mol

    1. Oblicz standardową entalpię tworzenia gazowego amoniaku w temperaturze 400 K, jeżeli standardowa entalpia tworzenia amoniaku w temperaturze 25°C (ΔH°tw. (298)) wynosi - 46,11 kJ /mol a pojemności cieplne (CP) gazowego azotu, wodoru, amoniaku wynoszą kolejno: 29,125 i 28,824 oraz 35,06 J/K * mol.

    Odpowiedź: ΔH°tw. (673) = - 63,16 kJ/mol

    1. Oblicz entalpię tworzenia etanolu z węgla, wodoru i tlenu dla reakcji przebiegającej wg. równania:

    2C (S) + 3H2 (G) + ½O2 (G) = C2H5OH (C)

    Do obliczenia wykorzystać prawo Hessa i entalpie następujących reakcji:

    Odpowiedź: ΔHo tw. = -276,1 kJ/mol

    1. Obliczyć ciepło tworzenia CH4 z pierwiastków:

    C (grafit) + 2H2 (g) = CH4 (g)

    Znając efekty cieplne reakcji:

    Odpowiedź: ΔHo tw. = -73 kJ/mol

    1. Znając ciepła spalania:

    2. H2

      - 286 kJ/mol

      C

      - 393 kJ/mol

      C2H2

      - 1301 kJ/mol

      C2H4

      - 1410 kJ/mol

      Obliczyć ciepło związane z otrzymaniem 1 mola C2H2 i C2H4.

      Odpowiedź: ΔHo tw.(C2H2) = 229 kJ/mol, ΔHo tw.(C2H4) = 52 kJ/mol,

      13. Standardowe ciepła spalania grafitu i diamentu na CO2 są równe:

      ΔHgrafitu = - 394,6 kJ/mol, ΔHdiamentu = - 395,3 kJ/mol. Obliczyć ciepło przemiany alotropowej

      Cgrafitu -> Cdiament

      Odpowiedź: ΔHo pa = 0,7 kJ

      14. Oblicz efekt cieplny reakcji syntezy benzenu z acetylenu w temp. 373 K i pod p=1013 hPa, jeśli znany jest efekt cieplny reakcji w warunkach standardowych ΔH°tw.298 = - 591, 92 kJ/mol oraz ciepła molowe reagentów równe: 43,93 J/mol dla acetylenu i 81,64 J/mol dla benzenu:

      3C2H2(g)= C6H6(g)

      Odpowiedź: ΔHo tw. (373) = -595,67 kJ/mol

      15. Nitrobenzen wrze w temp. 484,5 K, a ΔHparow. nitrobenzenu wynosi 50,87 kJ/mol. Oblicz zmianę entropii podczas odparowywania 20 g nitrobenzenu

      Odpowiedź: ΔS r (484,5) = 17,07 J/K

      16. Zmiana entalpii dla procesu:

      2Hg (c) + Cl2 (g)= Hg2Cl2 (s)

      przeprowadzana w warunkach standardowych jest równa -264,85 kJ/mol. Obliczyć zmianę entropii dla tego procesu, wiedząc, że zmiana entalpii swobodnej ΔGo = -210 kJ/mol.

      Odpowiedź: ΔSo r (298) = 0, 184 J/K

      17. Obliczyć efekt cieplny reakcji:

      CH3OH (C) + 3/2O2 (G) = CO2 (G) + 2H2O (C) w temp. 500 K, p = 1 atm, mając dane:

      Substancja

      Metanol

      H2O

      O2

      CO2

      ΔHo298 tw. KJ/mol

      -240

      -240

      0

      -400

      Cp(śr) J/mol*K

      80

      33

      30

      37

      Odpowiedź: ΔHOr (298) = -644,44 kJ

      18. Znając standardowe ciepła tworzenia (T= 298 K) dla: toluenu: 48 kJ/mol dla CO2 -390 kJ/mol oraz dla H2O -286 kJ/mol obliczyć ΔHOr (298), ΔU dla podanej reakcji:

      C7H8 (C) + 9O2 (G) = 7CO2 (G) + 4H2O (C)

      Odpowiedź: ΔHOr (298) = -3922 kJ ΔU = - 3917,05 kJ

      19. Stosując prawo Hessa obliczyć molowe ciepło tworzenia benzenu w 25oC, znając ciepło spalania benzenu i ciepło tworzenia wody i dwultenku węgla. Wynik podać w kJ/mol.

      6C (S) + 3H2 (G) = C6H6 (C) ΔHOtw. (298)

      wykorzystać następujące r-cje:

      • C (S) + O2 (G) = CO2 (G) ΔH1 = - -94,05 kcal

      • H2 (G) + ½O2 (G) = H2O (C) ΔH2 = - 68,317 kcal

      • C6H6 (C) + 7,5O2 (G) = 6CO2 (G) + 3H2O (C) ΔH3 = - 780,98 kcal.

      Odpowiedź: ΔHOtw. (298) = 49,11 kJ/mol

      20. Entalpia reakcji:

      2NO2 (G) = 2NO(G) + O2 (G)

      w warunkach standardowych (temp 298 K i ciśnienie 1 atm) wynosi 113,2 kJ. Obliczyć entalpię tej reakcji w temp. 50oC. Średnie ciepła molowe reagentów pod stałym ciśnieniem wynoszą: Cp(śr) (NO) =29,87 J/mol*K , Cp(śr) (O2) =29,50 J/mol*K, Cp(śr) (NO2) =40,96 J/mol*K.

      Odpowiedź: ΔHOr (323) = 113,4 kJ

      21. Obliczyć entalpię swobodną reakcji:

      2NO (G) + O2 (G) = 2NO2 (G) w warunkach standardowych w oparciu o poniższe dane:

      Substancja

      NO

      O2

      NO2

      ΔHo298 kJ/mol

      90,37

      0,0

      33,84

      ΔSo298 J/mol*K

      210,6

      205,0

      240,4

      Odpowiedź: ΔGor (298) = -69,9 kJ

      22. Obliczyć entalpię reakcji alumniotermicznej:

      8Al(s)+ 3Mn3O4(s) = 4 Al2O3(s)+ 9Mn(s) w warunkach standardowych, wiedząc, że standardowe entalpie tworzenia Al2O3 i Mn3O4 wynoszą odpowiednio: -1674(+/-) 6.3 i 1387(+/-) 4.2 kJ/mol.

      Odpowiedź: ΔHOr. (298) = -2536,3 +/-37,8 kJ

      23. Obliczyć ciepło tworzenia benzenu wiedząc, że ciepło spalania tego związku jest równe -3279,9 kJ/mol, w temp. 298, a ciepło tworzenia CO2 i H2O(c) wynoszą odpowiednio: -393,77 i -286,04 kJ/mol K pod ciśnieniem 1013,25 hPa.

      Odpowiedź: ΔHOtw. (298) = 59,16 kJ/mol

      1. Entalpia reakcji syntezy amoniaku: N2 ( g) + 3 H2 (g) = 2 NH3 (g) w warunkach standardowych wynosi -92, 4 kJ. Obliczyć entalpię tej reakcji w temperaturze 50oC, mając dane średnie ciepła molowe pod stałym ciśnieniem dla poszczególnych reagentów:

      Cp (śr) (N2) = 29,0 J/mol*K

      Cp (śr) (H2) = 28,9 J/mol*K

      Cp (śr) (NH3) = 36,2 J/mol*K

      Odpowiedź: ΔHo r (323) = -93,5 kJ

      1. Dla reakcji:

      2CO (g) + O2 (g) = 2 CO2 (g)

      obliczyć różnice między entalpią w temperaturze 25O C (298 K) i entalpią w temperaturze 100O C (373 K). Średnie ciepła molowe reagentów pod stałym ciśnieniem są następujące:

      Cp (śr) (CO2) = 38,9 J/mol*K

      Cp (śr) (CO) = 29,1 J/mol*K

      Cp (śr) (O2) = 29,7 J/mol*K

      Odpowiedź: ΔHor (373) - ΔHo r (298) = -0,758 kJ

      1

      9



      Wyszukiwarka

      Podobne podstrony:
      Termodynamika 2
      TERMODYNAMIKA
      podstawy termodynamiki(1)
      Termodynamika Termochemia
      Termodynamika2
      fizyka termodynamika pr klucz
      14 Termodynamika fenomenologiczna B
      I zasada Termodynamiki
      5 Rodzaje bodźców termodynamicznych
      27Entropia a prawdopodobienstwo termodynamiczne
      2 Bilans energii Pierwsza zasada termodynamiki
      1 Termodynamika JEDNOSTKIid 9977
      Pierwsza i druga zasada termodynamiki (entropia, zjawiska odwracalne)
      14 Proces termodyfuzji
      17 kinetyczna teoria gazów i termodynamika II
      2 1 wprowadzenie do termodynamiki
      Termodynamika
      termodynamika spr 1 (2)
      Zadania termodynamika

      więcej podobnych podstron