Příklady - termodynamika, opakování FC 3806 Jaro 2021 1) a) 7 g kovového hořčíku bylo rozpuštěno v nadbytku kyseliny chlorovodíkové při teplotě 25 °C a normálním tlaku. Vypočítejte práci vykonanou při vzniku vodíku. b) Reakcí dvou molů vodíku s jedním molem kyslíku při 100 °C za normálního tlaku vznikají 2 moly vodní páry a uvolní se 484,83 kJ. Vypočítejte AH a AU této reakce. ffj ^-- ť)íh , £ r - 7,-/i 'h '^X^ vedli,/ jv^ a- (,^A/ s*_*fV2 AU= Q+W AU= 3Q+40 aU^ 70kJ Q= A M AM = 30kJ 3) a) Vypočítejte výparné teplo 1 gramu vody při 25 °C. Slučovací teplo kapalné vody je -286,0 kJ mol 1, plynné vody-242,0 kJ mol-1. b) Plyn expanduje za konstantního tlaku 60,8 kPa z objemu 2 litry na objem 7 litrů. Jakou práci přitom vykoná? VV - 3 o ý j 4) a) Určete, kolik tepla se uvolní, nebo je nutné dodat, jestliže reaguje 2,30 g železa s nadbytkem kyslíku? 4Fe(s) + 3 02(g) -> 2 Fe203(s) AH = -1 652 kJ b) Spalování benzenu lze vyjádřit rovnicí C6H6 (I) + 7,5 02 -> 3 H20 (I) + 6 C02 (g) AU = -3265,7 kJ Vypočítejte změnu enthalpie, je-li teplota benzenu 25 °C. 5) a) Určete standardní enthalpii reakce 2 Na202 (s) + 2 H20 (I) -> 4 NaOH (s) + 02 (g). Slučovací teplo Na202 (s) je-504,93 kJ.mor"1, H20 (I) -285,96 kJ mol"1, NaOH (s) -827,05 kJ mol"1. Kolik tepla se uvolní rozkladem 25 g Na202r b) Pro reakci 2 N2 (g) + 02 (g) -> 2 N20 (g) AH = 163,3 kJ vypočítejte: 6) a) Vypočítejte teplo reakce, při níž by se diamant za teploty 298,15 K a tlaku 101,325 kPa měnil v grafit, víte-li, že za stejných podmínek jsou tepla reakcí C (grafit) + 02 (g) -> C02 (g) AH = -393,77 kJ mol"1, C (diamant) + 02 (g) -> C02 (g) AH = -395,65 kJ moh1. b) Vypočítejte enthalpii reakce C (grafit) + 2 H2 (g) -> CH4 (g), jsou-li známy následující údaje CH4 (g) + 2 02 (g) -> C02 (g) + 2 H20 (I) AH° = -890,95 kJ mol"1, C (grafit) + 02 (g) -> C02 (g) AH° = -393,97 kJ moh1, t (r^) * oL (?) ~* mr?J &n S^iřfi kJfl**'' C (4*) * & (jj -* (|j a W - - 3^í; 6f ÚJfmsC1 H2 (g) + 1/2 02 (g) -> H20 (I) ry//,^w _ ww AH° = -285,96 kJ moh1. Hz C|S 11 íz oz fy - HtO (i) aW ■ -% !W' 7) a) Za použití termochemických rovnic Fe203 (s) + 3 CO (g) -> 2 Fe (s) + 3 C02 (g) AH = -27,63 kJ mol"1, 3 Fe203 (s) + CO (g) -> 2 Fe304 (s) + C02 (g) AH = -58,62 kJ mol"1, Fe304 (s) + CO (g) -> 3 FeO (s) + C02 (g) AH = 38,10 kJ mol"1. Vypočtěte AH reakce FeO (s) + CO (g) -> Fe (s) + C02 (g). b) Jsou dány termochemické rovnice C(s) + 02 (g)^C02 (g) Ca (s) + Yi 02 (g) -> CaO (s) AH = Ca (s) + 3/2 02 (g) + C (s) -> CaC03 (s) AH = Vypočítejte s jejich pomocí reakční teplo reakce CaO (s) + C02 (g) -> CaC03 (s). -635,97 kJ mol"1, = -1207,89 kJ mol"1. v jm- en 8a) Vypočítejte standardní Gibbspyuenergii oxidace glukózy CeHuOe (s) + 6 O2 (g) -> 6 CO2 (g) + 6 H20 (I). Standardní Gibbsoyu energie jsou pro C6Hi206 (s) -912,72 kJ moľ1, C02 (g) -394,83 kJ moľ1 a H20 (I) -238,65 kJ moľ1. Aťí = Aťr spal (produkty) ~~ A G spal (výchozí) &G° = [6 ■ (-238,65) + 6 ■ (-394,83)] - (-912,72) AG°= -2888,16 kJ mor1 8b) Bude reakce 2 N02 (g) -> N204 (g) probíhat za standardních podmínek samovolně? AG° (N204) = 98,326 kJ moľ1 a ňG° (N02) = 51,724 kJ moľ1. Zdůvodněte: ->Reakce probíhá samovolně, pokud je reakční Gibbsova energie menší než nula. I VIJ WV\AAAAAAAAA/V W ->Reakční Gibbsovu energii vypočítám analogicky dle vztahu: L1U spal (produkty) spal (výchozí) AG° = 98,326 — 2 -51,724 AG°= -5,122 k] mol'1 ->Reakce bude probíhat samovolně, protože AG°< 0. 9) a) Je za standardních podmínek uskutečnitelná reakce CO (g) + Cl2 (g) -> COCI2 (g)? Zdůvodněte. Gibbsova energie CO (g) je -137,37 kJ mol"1 a COCI2 (g) -210,64 kJ mol"1. b) Pro reakci NO (g) + Ví 02(g) -> N02 (g) probíhající při 298,15 K je AG° = -34,88 kJ mol-1 a AH° = -56,56 kJ mol-1. ^ col^ > ^ co^, ^ Vypočítejte změnu entropie, probíhá-li reakce při 298,15 K. CO 4^= - šij , S(J ň. S : fiS = -T-A ,"MS 1 yxoíJ^-K" 10) Pro proces přeměny H20 (s) -> H20 (I) je AH = 6 012,2 J mol"1 a AS = 22,0 kJ moľ1 K"1. Vypočítejte: a) AG tohoto procesu při -10 °C. Která forma (led nebo voda) je stabilní při této teplote? b) AG při +10 °C. Která forma bude stabilnější při této teplotě? c) teplotu, při níž je AG = 0. Jaký je fyzikální význam této teploty? A fl/\ArljCJí>0^;/1 _A_G f 11X{ <\_ VoDA 11) a) Vypočítejte energii vazby C-H na základě následujících údajů: C (s) + 2 H2 (g) -> CH4 (g) AH = -74,94 kJ mol"1, C(g)->C(s) AH =-717,20 kJ moľ1, 2 H (g) -> H2 (g) AH = -436,26 kJ moľ1. b) Vypočítejte reakční enthalpii vzniku jodovodíku z prvků dle rovnice H2 (g) + '2 (§) ~$ 2 Hl (g), pokud znáte velikost energie vazeb H-H (435 kJ moľ1), l-l (150 kJ moľ1) a H-l (299 kJ moľ1). • Vypočet b) části: • H2(g) + l2(g)^2HI(g) • - aby mohla vzniknout vazba H-l, musí vazby l-l a H-H zaniknout - k zániku se musí dodat energie 435 kJ/mol a 150 kJ/mol, zároveň se při vzniku H-I uvolní 299 kJ/mol energie • AH = E (H-H + l-l)-E (H-l) AH = (435+ 150)-2*299 JH = -13 kJ/mol • • Reakční enthalpie dle této rovnice je -13 kJ/mol. 12) a) Tetrachlormethan se připravuje reakcí sírouhlíku s chlorem CS2(g) + 3CI2^CCI4(g) + S2CI2(g). Vypočítejte tepelné zabarvení této reakce, víte-li, že energie jednotlivých vazeb jsou: C=S 481,48 kJ mol 1, CI-CI 242,83 kJ mol , C-CI 326,57 kJ mol"1, S-S 205,15 kJ mol"1 a S-CI 255,39 kJ moľ1. b) Za pomoci známých vazebných energií vypočítejte teplo reakce, při které se chlorací methanu připravuje chloroform CH4(g) + 3CI2(g)^CHCI3(g) + 3HCI(g). Energie vazeb jsou: C-H 416,17 kJ mol"1, CI-CI 242,83 kJ moľ1, C-CI 326,57 kJ moľ1 a H-CI 431,24 kJ moľ1. 13) a) Vypočítejte rovnovážnou Kc reakce CO (g) + H20 (g) = C02 (g) + H2 (g), jsou-li rovnovážné koncentrace [H2] = [CO] = 0,004 mol dm"3, [H20] = 0,064 mol dm"3a [C02] = 0,016 mol dm"3. b) Chlorid fosforečný byl v nádobě o obsahu 12 litrů zahřát na 250 °C. Po ustavení rovnováhy plynná směs obsahovala 0,21 mol PCI5, 0,32 mol PCI3 a 0,32 mol Cl2. Vypočítejte rovnovážnou konstantu Kc pro disociaci PCI5 za teploty 250 °C. 14) a) Rovnovážná směs 2 H2S (g) = 2 H2 (g) + S2 (g) o objemu 2 litry obsahovala 1 mol H2S, 0,2 mol H2 a 0,8 mol S2. Vypočítejte rovnovážnou konstantu Kc. b) Při reakci C (s) + C02 (g) = 2 CO (g) je při dosažení rovnováhy parciální tlak oxidu uhelnatého 810,6 kPa a oxidu uhličitého 405,3 kPa. Vypočítejte rovnovážnou konstantu Kn. ckj í -^L——'y^—-——--- ~~—* /K/ff - ot£M^-^L-LM—-v--*U -^-^fi^fc—--"i -^—t&ď--- -Ä-l^r--- fy co -tWMJOray káj - / , , • -~y-tirotrt-;--- k ľ " —far 15) a) V nádobě o objemu 2 litry došlo při zahřívání k částečnému rozkladu fosgénu dle rovnice COCI2 (g) = CO (g) + Cl2 (g) V okamžiku dosažení rovnováhy byla koncentrace COCI2 0,40 mol/dm3. Do nádoby byl přidán nový fosgén a po ustanovení nové rovnováhy byla koncentrace COCI2 1,6 mol/dm3. Jak se změnila koncentrace CO? Před zahájením experimentu byl v nádobě pouze fosgén. b) V rovnovážném systému AB (s) = A (g) + B (g) byla zdvojnásobena rovnovážná koncentrace látky A. Jak se změní koncentrace látky B? a) Já si s příkladem neporadila, postup jsem alespoň našla a snad někomu pomůže© COCI2 = CO + CI2; Kc = c(CO)*c(CI2)/c(COCI2) a pro usnadnění c(CO) = c(CI2) po dosazení Kc = c(CO)A2/c(COCI2) = xA2/(4*c(COCI2) ; nová koncentrace CO je x a odpovídá 4-násobnému zvýšeni původní rovnovážné koncentrace COCI2: c(CO)A2/c(COCI2) = xA2/(4*c(COCI2) => xA2 = 4*c(COCI2)*c(CO)A2/c(COCI2) = 4*c(CO)A2 x = 2*c(CO) V nové rovnováze se koncentrace CO zvýšila 2x. Tkhle bych to viděl. b) 16) a) Desetilitrová nádoba, v níž se nachází 0,4 mol jodovodíku, byla zahřátá na 440 °C. Jaká bude koncentrace H2, l2 a Hl, je-li rovnovážná konstanta reakce H2 (g) + l2 (g) = 2 Hl (g) při této teplotě 49,5? b) Hodnota rovnovážné konstanty reakce A (g) + 2 B (I) = 4 C (g) je 0,123. Vypočítejte rovnovážnou konstantu obrácené reakce. 17) a) Amoniak je při teplotě 400 °C a tlaku 1 MPa z 98 % disociován na N2 a H2. Vypočítejte Kp této reakce. b) Rovnovážná konstanta vratné reakce Br2 (g) = 2 Br (g) je Kc = 8 ■ 10"6. Jaká je rovnovážná koncentrace atomárního bromu, je-li koncentrace Br21 mol dm-3? ä) (i - WC = ^ —5--—- 3 Qv Wh .... \ rmÄ j \wWä 2 Mn;" - £ H-,0 - 10 C02 ní&HiOJ = 5/2.n(MnO*-) = 5/2.c(Mn04^(Mn04-) = 5/2.0,02.0,025 V jakém poměru smísíme 60% H2SO4 s vodou, abychom dostali 5% kyselinu? níCzHíOO = 1,25.10ä mol C2HzO* U>i= 60 0)2= 0 m((C0OH)2.2H2O) = n(C2H204).M(C2H204.2H20) = 1,25.103. 126,04 m((C00H)2.2H2O) = 0,15755 g Musíme navážit 0,157 g. m2 60-S 5E 11 Smíchat v poměru 1 díl kyseliny ku 11 dílům vody.