Lista nr 2 (2010)

Termochemia

1.

Obliczyć ciepło reakcji syntezy kwasu akrylowego: (CH)2+CO+H2O( c)= CH2CHCOOH(c )

pod ciśnieniem 1,013⋅105 Pa i w temperaturze 298 K na podstawie ciepeł tworzenia oraz na podstawie ciepeł spalania. Obliczyć również ∆U O

r reakcji syntezy w 298 K.

Substancja

∆H o

o

tw [kJ/mol]

∆Hsp [kJ/mol]

(CH)2

226,90

-1300,60

CO

-110,60

-283,17

H2O( c)

-286,04

0,0

CH2CHCOOH( c)

-382,66

-1371,20

Odp.:−213,05 kJ/mol, −212,6 kJ/mol 2. Standardowa entalpia tworzenia ciekłego metanolu wynosi −238,7 kJ/mol w temperaturze 298K. Znając standardowe entalpie tworzenia CO2 (−393,77kJ/mol) i H2O(c) (−285,77 kJ/mol) obliczyć standardową entalpię spalania tego związku. Odp.: −726,61 kJ/mol 3. Ciepła spalania 1,1-dichloroetanu (CHCl −

2 CH3) węgla i wodoru w warunkach

standardowych wynoszą odpowiednio: −1206,78 kJ/mol, −393,77kJ/mol i −285,77 kJ/mol, a ciepło tworzenia 1,2-dichloroetanu (CH2Cl−CH2Cl) wynosi −165,7 kJ/mol. Obliczyć ciepło reakcji izomeryzacji 2 moli 1,1-dichloroetanu do 1,2-dichloroetanu. Odp.:−53,6 kJ/mol 4. Wyznaczyć efekt cieplny reakcji

CO

→

(g) +1/2O2(g)

CO2(g) w temp. T = 500 K i pod ciśnieniem po = 1,013⋅105 Pa.

o

∆H

(298K)= −393,77kJ·mol−1,

tw, CO ( g )

2

o

∆H

(298K)= −110.60kJ·mol−1,

tw, CO ( g )

o

C

= 37,1 J·K−1·mol−1,

o

C

= 29,2 J · K−1 · mol−1.

o

C

= 29,4·K−1·mol−1.

p, C

p, O ( g )

2

O ( g )

p, CO ( g )

2

Odp.: −284,47 kJ/mol

5. Do termicznie izolowanego naczynia zawierającego 6 kg wody o temperaturze 303 K

wprowadzono 1 kg śniegu o temperaturze 263 K. Obliczyć temperaturę, jaka się ustali w naczyniu, jeżeli ciepło topnienia śniegu wynosi 333,5 J⋅g-1, ciepło właściwe śniegu jest równe 2,017 J⋅g-1 K-1 a wody 4,184 J⋅g-1 K-1. Odp.:T=286,6 K

6. Standardowa entalpia tworzenia ciekłej wody w temperaturze 298 K jest równa –

285,9kJ⋅mol–1, standardowa entalpia parowania w temperaturze wrzenia (373 K) 40,66

kJ⋅mol–1, molowe pojemności cieplne wody ciekłej i pary wodnej można przedstawić wyrażeniami:

o

−1

−1

o

−3

−1

−1

C

= 75,15 J ⋅ K ⋅ mol ,

C

= 30,13 +11,30⋅10 T J ⋅ K ⋅ mol

p, H O

p, H O

2

(c)

2

(g)

Obliczyć standardową entalpię tworzenia pary wodnej w temperaturze 298 K (wielkość rachunkową, często stosowaną w obliczeniach fizykochemicznych). Odp.: 242,15 kJ/mol 1

7. Przeciętny człowiek w ciągu doby w wyniku przemian metabolicznych wytwarza około 10MJ ciepła. Zakładając, że ciało ludzkie o masie 65 kg jest układem izolowanym i ma pojemność cieplną wody (1 cal/g⋅K), oszacuj, o ile wzrosłaby jego temperatura. Ciało ludzkie jest w rzeczywistości układem otwartym, a strata ciepła odbywa się głównie przez odparowanie wody. Jaka masa wody musi ulec odparowaniu każdej doby, aby utrzymać stałą temperaturę ciała? ∆Hopar(H2O)=2427 kJ/kg. Odp.: ∆T = 36,8 K, m = 4,12 kg 8. Obliczyć ciepło, pracę, ∆U i ∆H w procesie ogrzania 2 moli CS2 od 0 do 100oC pod stałym ciśnieniem równym p o, zakładając niezależność objętości fazy ciekłej od temperatury i traktując fazę gazową jako gaz doskonały. CS2 wrze w temperaturze 319,4 K, zaś ∆Hopar w temperaturze wrzenia wynosi 26,77 kJ/mol. Przyjąć, że: o

C ( CS , c) = 75, 65 J / mol ⋅ K oraz o 3

−

5

2

C ( CS , g)

52,1 6, 7 10 T

7,53 10 T −

=

+

⋅

−

⋅

J / mol ⋅ K .

p

2

p

2

Odp.:65,72 kJ, −6,20 kJ, 59,52 kJ, 65,72 kJ.

9. Obliczyć molowe ciepło spalania metanolu w temperaturze 600 K na podstawie następujących danych:

o

∆

o

H

,

C

tw, 298

p

−

1

−

−1

1



⋅

⋅

kJ mol 

[J K

mol ]



⋅



O2

–

36,17 + 0,84⋅10–3 T – 4,31⋅105 T –2

CH3OH(c)

–238,7

81,6

CH3OH(g)

20,42 + 103,7⋅10–3 T – 24,64⋅106 T 2

CO2

–393,51

44,15 + 9,04⋅10–3 T – 8,54⋅105 T – 2

H2O(g)

–241,8

30,13 + 11,30⋅10–3 T

Metanol pod ciśnieniem standardowym wrze w temperaturze 338 K, a jego ciepło parowania wynosi w tych warunkach 35,39 kJ⋅mol–1. Odp.: −674,77 kJ/mol 10 Obliczyć standardową entalpię tworzenia KBr w 298 K znając efekty cieplne pod stałym ciśnieniem następujących reakcji w tej temperaturze: a) H

0

2 (g) + Br2 (g) = 2HBr(g) ∆H1 = -64,4 kJ

b) K

0

(s) + H2O(c) = KOH(aq) +1/2 H2 (g) ∆ H 2 = -182,7 kJ

c) KOH

0

(aq) + HBr(aq) = KBr (aq) + H2O ∆ H 3 = -55,0 kJ

Ciepła rozpuszczania KBr i HBr wynoszą odpowiednio 21,0 i –83,8 kJ/mol a ciepło parowania bromu jest równe 31,2 kJ/mol. Odp.: o

∆H

= −159,1 kJ⋅mol.

tw, KBr ( s )

2