TERMOCHEMIA

Zadania z egzaminów:

1. Węgiel poddano równocześnie reakcji spalania (egzotermicznej) i zgazowania (endotermicznej). Ilości substratów są tak dobrane, że proces jako całość przebiega bez efektu cieplnego (H=0). Obliczyć ile należy użyć w procesie moli tlenu, a ile moli pary wodnej, jeśli początkowa ilość węgla (pierwiastka) wynosi 1000 kg. Masy molowe: M_C=12,01g/mol; M_O=16,00g/mol; M_H=1,008g/mol

(r1) C_(grafit) + O₂ = CO₂ H_r1 = -393,77 kJ/mol

(r2) C_(grafit) + H₂O = CO + H₂ H_r2 = +175 kJ/mol

Wynik: 25,62 kmol O₂ i 57,64 kmol H₂O

2. W warunkach standardowych entalpia tworzenia 1 mola: siarczku(II) żelaza(II) wynosi -101,67 kJ, tlenku siarki (IV) wynosi -296,84 kJ oraz tlenku żelaza (II,III) (Fe₃O₄) wynosi -1120,89 kJ. Obliczyć ilość ciepła, która widzieli się w tych warunkach w wyniku reakcji utleniania siarczku(II) żelaza(II), w której powstają ww. produkty oraz bierze w niej udział jeszcze tlen, a w reakcji użyto 10g siarczku.

M_S=32,1 g/mol M_Fe=55,8 g/mol

Wynik: -64,7 kJ

3. W tyglu stopiono 200g azotanu(V) potasu, 10g siarki oraz 10g węgla. Wiedząc, że proces opisywany jest równaniem termochemicznym:

4KNO_3(s) + 2S_(s) + 5C_(s) = 5CO_2(g) + 2N₂O_(g) + 2K₂S_(s), ΔH_r = -91.2898 kJ/mol

określić efekt energetyczny towarzyszący procesowi w tyglu.

Wynik: -14,3 kJ

4. W zamkniętym tyglu stopiono 350g tlenku chromu (VI) z 175g wodorotlenku potasu. Wiedząc, że proces opisywany jest równaniem termochemicznym: 2CrO_3(s) + 2KOH_(s) = K₂Cr₂O_7(s) + H₂O_(l), ΔH_r = -497.037 kJ/mol określić efekt energetyczny towarzyszący procesowi w tyglu. M_Cr=52,0 g/mol

* Przy założeniu procesu adiabatycznego oblicz zmianę temperatury, jaka nastąpiła w procesie jeśli średnie ciepło właściwe wody to 4,2 kJ/kg/K (pomiń ciepła właściwe rozpuszczonych jonów i ciała stałego). Czy otrzymany wynik ma sens fizyczny?

Wynik: -776,6 kJ; 6575 K

5. W jakim stosunku masowym należy zmieszać wapień z koksem, aby w piecu wapiennym zapewnić bieg procesu bez doprowadzania energii? W piecu zachodzą reakcje:

CaCO_3(s) = CaO_(s) + CO_2(g) ∆H_r1 = 182 kJ oraz C_(s) + O_2(g) = CO_2(g) ∆H_r2 = -394 kJ

M_Ca=40,08g/mol; M_C=12,01 g/mol; M_O=16,00 g/mol;

Wynik: 18,04 kg/kg

6. Wiedząc, że w warunkach standardowych entalpia tworzenia 1 mola: CaC₂ wynosi -62,8 kJ, H₂O wynosi -285,8kJ, Ca(OH)₂ wynosi -986,06 kJ oraz C₂H₂ wynosi 266,73 kJ. Określić efekt cieplny towarzyszący powstawaniu 1 m³ acetylenu w reakcji CaC₂ z wodą.

M_C=12,0 g/mol M_H=1,00 g/mol M_O=16,0 g/mol M_Ca=40,0 g/mol

* Przy założeniu, że proces był prowadzony adiabatycznie oraz 5% powstałego ciepła zostało wykorzystane na ogrzanie acetylenu, oblicz zmianę temperatury gazu jeśli średnie ciepło właściwe C₂H₂ to 1,277 kJ/kg/K.

Wynik: -3739 kJ; 128 K