Стандартные энтальпии образования веществ, стандартные энтропии и стандартные энергии Гиббса образования веществ
Задача 1В организме человека реакция окисления этилового спирта протекает в две стадии. Первая - окисление этилового спирта до уксусного альдегида с участием фермента алкогольдегидрогеназы протекает по уравнению: С2H5OH + ?O2 = CH3COH + H2O.
Рассчитайте DH 0 реакции, используя первое следствие закона Гесса, если
Решение:DH 0 = ånDH 0 обр.пр.р. - å n DН 0 обр.исх.в.в; DH = (-166+ (-286)-(-278)) = - 174 кДж/моль
Ответ: тепловой эффект реакции DH = -174 кДж/моль, т.е. процесс экзотермический.
Задача 2.Теплота сгорания глюкозы равна -2810 кДж/моль, теплота сгорания этилового спирта равна -1366 кДж/моль. На основании этих данных вычислите тепловой эффект биохимического процесса брожения глюкозы:
Решение: Тепловой эффект данной реакции можно рассчитать, применяя второе следствие из закона Гесса:
DН = ånDН 0 сгор. исход. веществ - ånDH 0 сгор. прод. реакции
DН = -2810 - 2 •(-1366) = - 78 кДж/моль
Ответ: тепловой эффект процесса брожения равен - 78 кДж/моль.
Задача 3.Рассчитайте стандартную энтропию реакции:
глицин глицин глицилглицин
Если S 0 (глицилглицина) = 231 Дж/моль×К;
S 0 (глицина) = 159 Дж/ моль×К;
Решение:
DS = S 0 298(гл-гл) +S 0 298(H2O)– 2 S 0 298(глицина) = (231+70)-(159+159)= -17 Дж/моль×К
Ответ:DS 0 298= - 17 Дж/моль×К, т.е. энтропия уменьшится.
Задача 4.Теплота сгорания углеводов, белков и жиров составляет 17, 17 и 39 кДж
соответственно. Среднесуточная потребность в белках, жирах и углеводах для студентов - мужчин составляет 113, 106 и 451г. Какова суточная потребность студентов - мужчин в энергии?
Решение: Рассчитываем сколько энергии выделяется при окислении углеводов, белков и жиров
DH = (451×17) + (113 × 17) + (106 × 39) = 13722 кДж.
Ответ: Суточная потребность в энергии равна 13722 кДж.
Задача 5. Почему процесс денатурации белка при 40 0 С является самопроизвольным, если реакция эндотермическая и тепловой эффект составляет 2830 Дж/моль? Значение DS для данной реакции равно 288 Дж/моль•К
Решение:Для определения направления процесса необходимо знать величину изменения энергии Гиббса, рассчитываемой по уравнению: DG 0 = DH 0 - TDS 0 . Расчет показывает, что DG< 0 (DG 0 = 2830 Дж/моль - (313К × 288 Дж/моль•К) = - 87314 Дж/моль или - 87,3 кДж/моль).
Ответ: ПосколькуDG< 0, то процесс денатурации белка при 40 0 Спротекает самопроизвольно, повышение температуры тела может представлять опасность для жизнедеятельности организма.
Задача 6.Вычислите энергию Гиббса, являющуюся критерием самопроизвольности процессов, для реакции гликолиза при стандартных условиях:С6H12О6 (р-р) ® 2С3H6О3 (р-р) (молочная кислота).
Решение:
Из таблицы термодинамических величин запишем стандартную энергию Гиббса для участников химического процесса:∆G 0 (С6H12О6) = -917кДж/моль; ∆G 0 (С3H6О3) = -539 кДж/моль. Используя 1 следствие из закона Гесса вычислим энергию Гиббса:
ΔG 0 = 2(-539) – (-917) = -161 кДж/моль
Ответ:т.к.ΔG 0 < 0, то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении.
Задача 7. Вычислить изменение энергии Гиббса при 25 0 С по стандартным значениям энтальпий образования и абсолютных энтропий для данной реакции: СО+ 2Н2 = СН3ОН
DН 0 обрСН3ОН = -293 кДж/мольS 0 (СН3ОН) = 127 Дж/моль×К
DН 0 обрСО = - 110 кДж/моль. S 0 (CO) = 198 Дж/моль×К
Решение:DG 0 = DH 0 - TDS 0
DH 0 = ånDH 0 обр. пр. реак. - ånDН 0 обр. исх. веществ
DН 0 = - 293 - (-110) = - 183 кДж/моль
DS 0 = ånS 0 прод. р - ånS 0 исход. веществ
DS 0 = 127 - (198 + 2(131) = - 333 Дж/моль×К
DG 0 = - 183,5 кДж/моль - (298К × 0,333 кДж/моль×К) = - 83,8 кДж/моль
Ответ:DG 0 = - 83,8 кДж/моль
Задача 8.Рассчитайте константу равновесия при 310 К для реакции АТФ + АМФ ↔ 2АДФ, если свободная энергия Гиббса реакции ΔG°=-2,10кДж/моль.
Решение:всостоянииравновесияDG 0 = - 2,3RTlg Кс
Ответ:Kc = 2,26
Задача 9.Константа равновесия реакции:PCl5(г) «PCl3(г) + Cl2(г) при 250 0 С равна 2. В каком направлении идет реакция при следующих концентрациях: С(PCl5) = C(PCl3) = 2 моль/л; С(Сl2) = 4 моль/л ?
Решение:Для определения направления протекания реакции воспользуемся уравнением изотермы
Вывод: реакция самопроизвольно протекать в прямом направлении не может, т.к. DG>0.
Задача 10.Константа равновесия реакции 2SO2 (г) + O2(г) Û 2SO3(г) при температуре 627 0 Сравна 2,3•10 -7 , DН 0 = 376,5 кДж/моль. Рассчитайте константу равновесия при 727 0 С.
Решение: воспользуемся уравнением изобары химической реакции:
T1 = 273 + 627 = 900 K
T2 = 273 + 727 = 1000K
Ответ: Константа равновесия при 727 0 С равна 3,56 × 10 -5 .
Задача 11.Для реакции Н2О(г) + СO(г) ®CO2(г) + H2(г) константы химического равновесия равны: при 800 0 С Кр = 2,87, при 1000 0 С Кр = 1,39. Вычислите тепловой эффект этой реакции.
Решение: Применив, уравнение изобары химической реакции, рассчитаем DН
ПримемT1 = 800 + 273 = 1073 K
T2 = 1000 + 273 = 1273 K
Ответ:DН = -39,16 кДж/моль.
Задачи для самостоятельного решения:
Задача 1.На испарение 1 моля воды требуется 40 кДж. Сколько теплоты будет потеряно за день при выделении через кожу 720г воды?
Ответ:1600 кДж
Задача 2.Пероксид водорода (Н2О2) в виде раствора с массовой долей 3 %. используется в медицине для обработки ран. Докажите, что процесс разложения пероксида водорода в присутствии фермента каталазы является самопроизвольным, используя для расчёта значения стандартной энтропии образования исходных веществ и продуктов реакции:
Ответ: ΔS= 62,5 Дж/моль × К
Задача 3. При сжигании метана объемом 2 м 3 выделяется 79600 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную теплоту сгорания метана.
Ответ: 891,52 кДж/моль
Задача 4. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса для процесса окисления глюкозы по следующим данным: DН 0 обр (С6Н12О6) = - 1264,4 кДж/моль; DН 0 обр(СО2) = - 393 кДж/моль;
DН 0 обр (Н2О) = - 286 кДж/моль. Изменение энтропии всей реагирующей системы равно 0,259 кДж/моль×K
Ответ:DG = - 2886,8 кДж/моль.
Задача5.Вычислите стандартную энтальпию образования этанола, воспользовавшись необходимыми для этого стандартными энтальпиями сгорания.
Ответ:DН 0 обр. = -273 кДж/моль
Задача 6. Константа равновесия реакции N204(г) ↔ 2N02 (г) при 25°С равна 0,1. В каком направлении будет идти реакция при следующих концентрациях веществ:
Задача 7. Для реакции H2 + I2® 2HI при 444 0 С константа равновесия равна 50. Определите направление процесса, если исходная смесь имеет следующий состав: С(H2) = 2моль/л,С(HI) = 10моль/л.
Ответ:Состояние равновесия, т.к ∆G=0.
Задача 8 .Рассчитайте константу равновесия, если DG 0 298 для данной реакции равно - 4,478 кДж/моль.
Ответ: 6,1
Задача 9.Константа равновесия разложения лекарственного вещества в автоклаве при 413К равна 0,396•10 5 Па, а при 443К - 1,286•10 5 Па. Вычислить тепловой эффект реакции.
Ответ: 59,6 кДж/моль.
Задача 10.Используя значение ΔG° установите,существует ли угроза отравления больного при использовании в качестве наркотического средства оксидаазота(I), Токсичный оксид азота (II) может образовываться по реакции: 2N2O + O2 = 4NO. Все вещества находятся в газообразном состоянии. Справочные данные см. в таблице.
Тестовые вопросы
1. Если энтальпия образования SO2 равна -297 кДж/моль, то количество теплоты, выделяемое при сгорании 16г серы, равно . . . кДж
1) 148,5 2) 297 3) 594 4)74,25
2. В реакции, протекающей в соответствии с термохимическим уравнением
выделилось 23 кДж теплоты. Объём полученного (при н.у.) аммиака
1) 5,6 л 2) 11,2л 3) 22,4л 4) 44,8л
3) По термохимическому уравнению реакции С2Н4 + Н2О ↔ С2Н5ОН +46 кДж
вычислите объём взятого этилена (н,у.), если известно, что выделившаяся в этом процессе теплота составила 138 кДж.
1) 44,8 л 2) 22,4л 3) 67,2 4) 89,6л
4. В реакцию, протекающую в соответствии с термохимическим уравнением
2Al + 3S = Al2S3 +509 кДж вступило 108 г алюминия. Количество выделившейся теплоты равно
1) 242,5 кДж 2) 509 кДж 3) 1018 кДж 4) 2036 кДж
5. В результате реакции, термохимическое уравнение которой 2Al +Fe2O3 = Al2O3 + 2 Fe +848 кДж, выделилось 169,6 кДж теплоты. Масса образовавшегося железа равна:
1) 11,2 г 2) 22,4 г 3) 56 г 4) 28 г
6. По термохимическому уравнению реакции горения ацетилена 2С2Н4 + 5О2 = 4СО2 + 2Н2О +2610 кДж рассчитайте, сколько выделится теплоты, если в реакцию вступило 67, 2 л ацетилена (н.у.)
1) 870 кДж 2) 3915 кДж 3) 5220 кДж 4) 7830 кДж
7. В результате реакции, термохимическое уравнение которой 2С2Н4+ 5О2 = 4СО2 + 2Н2О +2610 кДж выделилось 652, 5 кДж теплоты. Объём сгоревшего ацетилена равен
1) 11,2 л 2) 22,4 л 3) 44,8 л 4) 67,2 л
8. Какое выражение соответствует константе химического равновесия для данной реакции N2+3H2 = 2NH3
9. Как нужно изменить давление, чтобы реакция гемоглобина с кислородом
Hb + O2 «HbO2 была смещена вправо
1) уменьшить давление 2) увеличить давление 3) давление не влияет
10. Какое значение константы равновесия соответствует данной реакции 2NO +O2« 2NO2
11. Как нужно изменить давление реакции N2+3H2« 2 NH3, чтобы сместить равновесие вправо
1) уменьшить 2) увеличить
3) не изменять 4) увеличить давление NH3
12. Будет ли влиять давление на смещение равновесия данной реакции H2 + Cl2 = 2 HCl
3) сместит равновесие вправо 4) сместит равновесие влево
13. Какие значения должна принимать энергия Гиббса, чтобы процесс шёл в обратном направлении
1) DG 0 < 0 3) DG 0 = 0
2) DG 0 > 0 4) DG 0 = 1
14. Равновесие в реакции, уравнение которой СН4(г) + 4S(ж) ↔ СS2(г) + 2Н2S(г), ΔH<0, сместиться влево при
1) понижении давления 3) дополнительном введении серы
2) понижении температуры 4) увеличении концентрации H2S
15. Будет ли проходить реакция в прямом направлении, если DG = 18 кДж/моль
1) нет 2) химическое равновесие 3) будет
16. Система, в которой повышение давления и повышение температуры приведут к смещению равновесия в противоположных направления
17. Как нужно изменить давление, чтобы реакция гемоглобина с кислородом была смещена влево Hb + O2 «HbO2
1) уменьшить давление 2) увеличить давление 3) давление не влияет
18. В реагирующей системе, уравнение которой NO(г) + Cl2(г) ↔ NOCl2(г) ΔH> 0, равновесие сместиться вправо при:
1) повышении давления 3) понижении температуры
2) использовании катализатора 4) повышении концентрации NOCl2
19. Для смещения равновесия в системе SO2(г)+Cl2(г) SO2Cl2(г), DH°<0 в сторону продуктов реакции необходимо
1) понизить температуру 3) понизить концентрацию SO2
2) понизить давление 4) ввести катализатор 5) повысить температуру
20. На состояние химического равновесия в системе 2SO2(г) + О2(г) ↔2 SO3, ΔH 0 < 0 не влияет