Элементы химической термодинамики.

81. При использовании жесткой воды в котлах на стенках образуется накипь в основном в результате разложения гидрокарбонатов кальция и магния. Образуется ли осадок по реакции

CaHCO₃⁺→ CaCO₃↓+H⁺

при кипячении воды? Ответ подтвердите расчетом ∆G⁰₂₉₈. Ответ: 319 кДж; осадок не образуется.

82. В основе работы кислотного аккумулятора лежит реакция

2PbSO₄+2H₂O Pb+PbO₂+2H₂SO₄

Какой процесс: зарядки или разрядки является самопроизвольным? Ответ подтвердите расчетом ∆G°₂₉₈ прямой и обратной реакций. Ответ: -503,1 кДж; процесс разрядки.

83. Вычислите количество теплоты (Q), выделяющееся в результате реакции горения угля с образованием: а) угарного газа; б) углекислого газа. В каком случае выделяется больше теплоты? Сколько энергии выделится при сгорании до CO₂ 1 т угля? Ответ: 220,5 кДж; 393,5 кДж; 3,3∙10⁷ кДж.

84. Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 м³ метана, измеренного при 20°С и давлении 99000 Па, с образованием CO₂ (г) и H₂O (ж). Ответ: 36168 кДж

85. При сгорании какого газа: метана, этана, пропана или бутана выделяется большее количество теплоты? Ответ подтвердите вычислением ∆H° реакций горения. Продуктами реакции являются CO₂ (г) и H₂O (ж). Сделайте вывод об изменении теплотворной способности топлива в зависимости от числа атомов углерода в молекуле углеводорода. Ответ: -890,3 кДж; -1559,6 кДж; -2214,9 кДж; -2876,9 кДж.

86. Сколько кубических метров природного газа, содержащего 95 % метана и 5 % негорючих примесей, было сожжено, если выделилось 3∙10⁸ кДж теплоты? Ответ: 7,95∙10³ м³.

87. Рассчитайте ЭДС медно-цинкового гальванического элемента при стандартных условиях. Используя данное значение определите, чему равно изменение энергии Гиббса для процесса, лежащего в основе работы элемента? Ответ: 1,1 В; -212,3 кДж/моль.

88. Какого газа (по объему): метана или пропана необходимо больше сжечь, чтобы получить 10¹⁰ кДж энергии? Ответ подтвердите расчетами. Ответ: 2,52∙10⁵ м³;1,44∙10⁵ м³.

89. Вычислите температуру, начиная с которой термодинамически возможен самопроизвольный процесс разложения метана на простые вещества. Ответ: 930 К.

90. Изменения энтальпии и энергии Гиббса при 25°С для реакции

CO_2(г)+4H_2(г) → CH_4(г)+2H₂O_(ж)

соответственно равны -253,02 и -130,1 кДж. Рассчитайте ∆S° для этой реакции. Возможно ли самопроизвольное протекание данного процесса при стандартных условиях? Ответ:-412,48 Дж/К.

91. Сколько тонн угля необходимо сжечь для получения 9,1∙10⁸ кДж тепловой энергии? Ответ: 27,75 т.

92. Вычислите энтальпию образования метана, исходя из следующих данных:

CO_2(г)+4H_2(г) → CH₄+2H₂O_(ж); ∆H_r=-253,02 кДж

C_(тв)+O_2(г) → CO_2(г); ∆H_r=-393,51 кДж

H₂O_(ж) → H₂+½O₂; ∆H_r=285,84 кДж

Ответ: -74,85 кДж/моль.

93. Какого топлива нужно больше (по массе): угля или метана для получения 10⁵ кДж теплоты? Ответ: 1,8 кг; 3,0 кг.

94. Для отопления жилых помещений часто используют чугунные радиаторы, которые со временем подвергаются коррозии. Рассчитайте ∆G°₂₉₈ процесса

4Fe_(к)+3O_2(г)+6H₂O_(ж) → 4Fe(OH)_3(к)

при 25; 50; 75 и 90°С. Зависимостью ∆H° и ∆S° от температуры пренебречь. Сделайте вывод об изменении процесса коррозии железа с повышением температуры. Укажите возможные причины такой зависимости. Ответ: -1375,25 кДж; -1357,10 кДж; -1338,95 кДж; -1328,06 кДж.

95. Рассчитайте изменение энтропии для реакций горения различных видов топлива:

C_(к)+O_{2(г )} → CO_2(г);

CH_4(г)+2O_2(г) → CO_2(г)+2H₂O_(ж);

C₃H_8(г)+5O_2(г) → 3CO_2(г)+4H₂O_(ж).

Какая из них наиболее вероятна с точки зрения изменения энтропийного фактора? Ответ: 2,9 Дж/К; -37,5 Дж/К; -373,7 Дж/К.

96. При сгорании 1 моль органического топлива (углеводорода) выделяется 2,215∙10³ кДж теплоты. Какое топливо было сожжено, если в ходе процесса горения 7,48 т его было получено 3,774∙10⁹ кДж энергии. Напишите уравнение реакции горения углеводорода. Ответ: пропан.

97. Какие уравнения называются термохимическими? Напишите термохимические уравнения горения угля и природного газа, если во втором случае наряду с углекислым газом образуется H₂O_(ж).

98. Рассчитайте изменение энергии Гиббса для процесса, лежащего в основе работы кислородно-водородного топливного элемента. Чему равна ЭДС элемента? Ответ: -237,2 кДж; 1,23 В.

99. Какой процесс лежит в основе работы свинцового аккумулятора? Чему равна ЭДС данного аккумулятора? Вычислите двумя способами изменение энергии Гиббса токообразующей реакции, используя стандартные значения ∆G°₂₉₈ образования веществ и ЭДС аккумулятора. Чем можно объяснить различие в полученных значениях? Ответ: -503,1 кДж/моль; -393,72 кДж/моль.

100. Является ли химическая коррозия самопроизвольным процессом? Чему равна энергия Гиббса окисления металлов? При каком условии ∆G°₂₉₈ может быть больше нуля, т.е. процесс коррозии станет невозможным? Приведите примеры.

Приложение 1