Сборник задач по физической химии допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

Пример 6. Найти теплоту образования аммиака на основании следующих данных:
2Н2 + О2 — 2Н2О + 136 634 кал.
4NH₃ + 30₂ = 6Н₂0 + 2N₂ + 365 742 кал.
Решение. Напишем реакцию образования аммиака
-i-N₂ + ^-H₂ = NH₃ + Q._v>
где Q.v — искомая теплота образования.
Н₂0 и 0₂ не входят в наше уравнение, поэтому исключим их из уравнений, приведенных в условии. Для этого первое уравнение умножим на 3 и вычтем из него второе.
Получим:
6Н₂—4N Н₃ = - 2N₂ + 3 - 136 634—365 742
И’1 и
6H₂ + 2N₂ = 4l\H₃ + 44 160.
Сравнив полученное уравнение с уравнением реакции образования аммиака, получим
„ 44160 - - ,
Q_v= = 11 040 кал/моль.
4
Пример 7. Теплота растворения ВаС1₂ в воде разна 2070 ко»; теплота гидратации ВаС1₂ с образованием ВаС1₂-2Н₂0 равна 6970 кал. Чему равна теплота растворения ВаС1₂-2Н₂0?
Решение. Раствор хлористого бария можно получить дв\ - мя путями:

1. 
   1 моль ВаС1₂ растворить в большом количестве воды; при этом выделится 2070 кал.
   
2. 
   Сначала провести реакцию гидратации, идущею по уравнению
   

ВаС1₂ + 2Н₂0 = ВаС1₂ • 2Н₂0 + 6970,
и затем полученный кристаллогидрат растворить в большом количестве воды; при этом выделится неизвестное количество тепла Q_x.
Так как тепловой эффект не зависит от пути реакции, то
2070 = 6970+ <2*.
Отсюда
Q_x — 2070—6970 = —4900 кал.


18

Число молей воды на 1 м о ль H2SO*	Теплота растворенчя H2S04, кал!моль ^
1	7000
2	10000
4	12900
6	14200
8	15000
10	15400
15	16000

моль Н₂0.
е





Рис. 1


Число молей воды в нем на 1 моль кислоты равно
2,778


0,51


= 5,447.


so


В 100 г второго раствора содержится ^ =0,816 моль H₂S0₄ и
— = 1,111 моль Н₂0.
20
Число молей воды в нем на 1 моль кислоты равно


1,111


= 1,362.


0,816
В 200 г раствора после смешения содержится
0,51+0,816=1,326 моль H₂S0₄
и
2,778+1,111=3,889 моль Н₂0,
т. е. на 1 моль кислоты приходится
3,889


1,326


= 2,93 моль воды.


19

Последний раствор может быть получен дву мя путями:

1. 
   смешением 1,326 моль H₂S0₄ с 3,889 моль воды;
   
2. 
   смешением 100 г первого раствора с 100 г второго. Следовательно:
   

Qi + Q2-bQ.x = Q3,
где Qi — теплота образования 100 г первого раствора;
Q₂ — теплота образования 100 г второго раствора;
Q_x — искомая теплота смешения;
Q₃— теплота образования 200 г третьего раствора.
Таким образом,
Q_x=Qs—Qi—Q2-
Из графика, построенного по данным таблицы (рис. 1), находим теплоты растворения серной кислоты в воде для трех интересующих нас растворов: Q' = 13950 кал/моль; Q" =
= 8300 кал/моль-, Q'" = 11600 кал/моль.
Так как в первом растворе число молей кислоты равно 0,51, то
Qi = 13 950 ■ 0,51 =7115
и аналогично
Q₂ = 8300-0,816 = 6773,
Q₃ = И 600- 1,326=15 382.
Следовательно,
Q_x= 15 382—7115—6773= 1494.
Задачи

36. 
    Определить теплоту реакции
    

Fe₂0₃ + 2А1 = А1₂0₃+2Fe,
если теплота образования Fe₂0₃ равна 196500 кал/моль и теплота образования А1₂0₃ равна 399090 кал/моль.
Ответ: 202590 кал.

36. 
    Теплоты образования С₂Н₂, С0₂ и Н₂0 (ж) соответственно равны — 54190; 94052 и 68317 кал/моль.
    

Определить, сколько тепла выделится при сгорании 5 моль С₂Н₂.
Ответ: 1553 ккал.

36. 
    Теплота реакции
    

Fe₂0₃+3C0 = 2Fe+ЗС0₂
равна 6408 кал. Теплоты образования СО и С0₂ соответственно равны 26416 и 94052 кал/моль. Определить теплоту образования Fe₂0₃.
Ответ: 196500 кал /моль.


20

39. Теплота реакции

Са0 + С0₂ = СаС0₃
равна 42498 кал; теплоты образования СаО и С0₂ соответственно равны 151900 и 94052 кал/моль. Найти теплоту образования СаС0₃.
Ответ: 288450 кал/моль.

40. 
    Теплота реакции
    

Si0₂+Ca0 = CaSi0₃
равна 21300 кал. Определить теплоту образования CaSi0₃, если теплоты образования Si0₂ и СаО соответственно равны 205400 и 151900 кал/моль.
Ответ: 378600 кал/моль.

40. 
    Определить теплоту образования метана, если его теплота сгорания равна 212797 кал/моль, а теплоты сгорания водорода и углерода соответственно равны 68317 и 94052 кал/моль.
    

Ответ: 17889 кал/моль.

40. 
    Определить теплоту образования окиси углерода, если известно, что теплота ее сгорания равна 67636 кал/моль, а теплота образования С0₂ равна 94052 кал/моль.
    

Ответ: 26416 кал/моль.

40. 
    Найти теплоту разложения перекиси водорода на основании следующих данных:
    

SnCl₂ + 2HCl+ yO₂ = SnCl₄ + H₂O + 70 891 кал;
SnCl₂ + 2НС1 + Н₂0₂ = SnCl₄ + 2Н₂0 + 94 008 кал.
Ответ: 23117 кал/моль.

40. 
    Найти теплоту образования AgCl на основании следующих данных:
    

Ag₂0 + 2НС1 = 2AgCl + Н₂0 + / 7 609 кал;
2Ag+ yO₂=Ag₂O + 7306 кал;
— Н, С1₂=НС1 +22 063 кал;
2 2
Н₂-Ь 0₂⁼Н₂0 -1-68 317 кал.
Ответ: 30362 кал/моль.

40. 
    Определить, сколько тепла нужно затратить на разложение 5 кг Na₂C0₃, протекающее по уравнению
    

N аоС0₃ = N агО 4- СО2


21

на основании следующих данных:

Na₂C0₃+Si02⁼N32Si03+СО2—19 368 кал\
Na₂0 + Si02=Na2Si0₃ + 58 120 кал.
Ответ: 3655,1 ккал.

40. 
    Определить теплоту реакции
    

PbS + 0₂ = Pb + S0₂:
а) по теплотам образования веществ, участвующих в реакции;
б) из реакций
PbS + 20₂ = PbS0₄;
PbS0₄+PbS = 2Pb + 2S0₂;
в) из реакций
2PbS + 30₂=2PbO + 2S0₂;
2PbO + PbS + 3Pb + S0₂.
Теплоты образования, кал/моль:
PLS 24540
S0₂ 70960
PbS0₄ 219500
PbO 52700
Ответ: 46420 кал.

40. 
    Вычислить теплоту образования NH₄C1, если известно, что при взаимодействии 1 моль НС1 с 1 моль NH₃ выделяется 42277 кал и что теплоты образования NH₃ и НС1 соответственно равны 11040 и 22063 кал/моль.
    

Ответ: 75380 кал!моль.

40. 
    Теплота растворения безводной сернокислой меди равна 15 800 кал!моль, теплота растворения CuS0₄-5H₂0 равна —2750 кал/моль. Определить теплоту реакции
    

CuS0₄ + 5Н₂0 = CuS0₄ • 5Н₂0.
Ответ: 18550 кал.

40. 
    Безводный Na₂C0₃ растворяется в большом избытке воды с выделением 5500 кал на 1 моль соли; теплота образования Na₂C0₃ равна 271020 кал/моль. Определить теплоту образования разбавленного раствора Na₂C0₃ в калориях «а 1 моль соли.
    

Ответ: 276520 кал/моль.

40. 
    При 18° С теплота растворения MgS0₄ равна 20300 кал/моль, теплота растворения MgS0₄-4H₂0 равна 4240 кал/моль.
    

22

Число МО-	Теплота	Число МО-	Теплота
лей боды	ра створения	лей воды	растворения
на I моль	HNO.,,	на 1 моль	HN’O,
кислоты	кал/моль	кислоты	кал/моль
1	3500	4	6300
2	4900	5	6700
3	5700	6	7000

N СНС13	0.1822	0.2705	0.4589	0.56G9	0,6377	0,7572	0.8850
<2, кдж/моль раствора	—0,146	—0,185	- -0,226	—0,228	—0,219	-0,176	—0,103

Построив график зависимости Q от Асией , найти дифференциальные теплоты растворения компонентов для раствора, в котором молярная доля СНС1₃ равна 0,44.
Ответ: —0,149; —0,316 кдж/моль.

40. 
    В топке сгорает каменный уголь, содержащий 65% С. В топочных газах содержится 13% (мол.) С0₂ и 1% СО; остальное — азот и кислород. Определить теплоту сгорания 1 кг угля, если известно, что теплота образования С0₂ равна 94052 кал/моль, а теплота образования СО равна 26416 кал!моль.
    

Ответ: 4833 ккал!кг.

40. 
    В бессемеровский конвертер заливается 20 г жидкого чугуна, содержащего 4%) С; 1 Д% Si и 1°/о Мп. Кислород дутья окисляет железо до FeO. Кремний, марганец и углерод окисляются закисью железа. После завершения процесса сталь содержит 0,4% С. Кремний и марганец .переходят в шлак. Образовавшийся шлак состоит из Si0₂, МпО и FeO. Количество FeO в шлаке равно 20%). Реакции окисления идут по уравнениям:
    

Fe+-^- 0₂=Fe0 + 63 700 кал\
Si + 2Fe0 = 2Fe + Si0₂ + 78 000 кал\
Mn + FeO = MnO + Fe+28 300 кал\
C + FeO = CO + Fe—37284 кал.
Не учитывая теплоту образования шлака из его компонентов, определить: 1) количество тепла, которым сопровождается процесс бессемерования чугуна, и 2) количество шлака.
Ответ: 4,176 - 10⁶ ккал\ 1072,8 кг.

40. 
    Определить разность Q_v — Q_p для следующих реакций:
    

1. 
   2Н₂+0₂ = 2Н₂0 при 25° С;
   
2. 
   2С0 = С+С0₂ при 500° С;
   

24

3. 
   ЗС₂Н₂ = С₆Н₆ при 25° С;
   
4. 
   СаСОз = СаО + С0₂ при 800° С;
   
5. 
   Fe + Н₂0 = FeO + Н₂ при 1000° С;
   
6. 
   2С0₂ = 2СО + 0₂ при 2000° С;
   
7. 
   NH₃ + НС1 = NH₄C1 при 50° С.
   

61*. Определить Q_p и Q_v для .следующих реакций:

1. 
   СН₄ + 20₂ = С0₂ + 2Н_гО (ж);
   
2. 
   Fe₂0₃ + СО = 2FeO + С0₂;
   
3. 
   4НС1 + 0₂ = 2Н_сО + 2С1₂;
   
4. 
   ЗН₂ + fa = 2NH₃,
   

протекающих ири 25° С.
Ответ: 1) 212797 кал\ 2) 211613 кал.
62*. HgO и НС1 взаимодействуют по уравнению
HgO + 2НС1 = Н₂0 (пар) + HgCl₂.
Определить, сколько .выделится тепла, если в реакцию вступает 433,2 г HgO.
Ответ-. 90784 кал.
63*. Определить, сколько тепла поглотится при восстановлении 1 кг сернистого цинка водородом.
Ответ: 415444 кал.
64*. Определить теплоту диссоциации 1 л N0₂, взятого при 25° С и 1 ат, если реакция идет по уравнению
2N0₂=2N0 + 0₂.
Ответ: —547,9 кал.
65*. Определить, сколько тепла выделится при образовании 1 я³ аммиака, если реакция идет при 25° С и 1 ат.
Ответ: 451700 кал.
66*. В результате реакции С + С0₂ = 2СО, протекавшей в стандартных условиях, образовалось 10 л СО. Определить количество поглощенного тепла.
Ответ: 8420 кал.


ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА РЕАКЦИИ
ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ


Зависимость теплового эффекта реакции от температуры выражается уравнением


dQ_p
dT


— А С


р*


(1)


Для решения воспользоваться табл 1 приложения I.


25


если реакция протекает при постоянном давлении, и уравнением


dQy


= - АС


у


(2)


если реакция протекает при постоянном объеме.
После интегрирования уравнений (1) и (2) получаем:
(Q_p)" — (Qp)i j" ^ С_р dT\


Ti
т,