Термодинамическая и кинетическая характеристики химических реакций

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тихоокеанский государственный университет»

Кафедра «Химия и химические технологии»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Выполнил: студент

Рукодельников Сергей Сергеевич

Хабаровск 2021 г.

Задание 1. Охарактеризуйте соединения по приведенным формулам.

Определите степени окисления атомов элементов в соединениях.

Определите класс соединения. Для оксидов и гидроксидов укажите химический характер (основный, кислотный, амфотерный), для солей - тип соли (средняя, кислая, основная), для кислот - тип кислоты (кислородсодержащая или бескислородная).

Назовите соединения.

Подтвердите химический характер оксидов и гидроксидов (составьте уравнения реакций солеобразования).

Таблица 1

Задание 2. Дайте термодинамическую характеристику реакции на основании количественных расчётов ?, ?, ?.

Выпишите из справочных таблиц (прил. 5, [25]) стандартные термодинамические свойства (? (298), ?(298), ? (298)) всех веществ, участвующих в реакции.

Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтальпии химической реакции ?:

? рассчитайте стандартную энтальпию химической реакции ?;

? определите, является реакция экзо- или эндотермической, выделяется или поглощается теплота в результате протекания реакции.

Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтропии химической реакции ?:

? рассчитайте стандартную энтропию химической реакции ? по абсолютным стандартным энтропиям веществ (298);

? объясните изменение энтропии ? (< 0; > 0; = 0), проведя анализ агрегатного состояния всех участвующих в реакции веществ и сравнив число газообразных молекул исходных веществ и продуктов реакции.

Охарактеризуйте процесс по величине энергии Гиббса химической реакции ?:

? Рассчитайте стандартную энергию Гиббса ?:

а) по стандартным энергиям Гиббса образования веществ ? (298);

б) по уравнению Гиббса.

Сравните полученные величины. Укажите направление протекания реакции при 298 К.

? Определите знаки энергии Гиббса химической реакции ? и направление протекания реакции (прямая или обратная) при низких ( T > 0) и при высоких температурах (T >?). Для этого проведите анализ уравнения Гиббса, допуская, что ? и ? не зависят от температуры.

Сделайте вывод об обратимости процесса. Для обратимой реакции рассчитайте равновесную температуру .

Изобразите схематически график зависимости ? от температуры, используя результаты анализа уравнения Гиббса.

Укажите для обратимой реакции, при каких температурах, больших или меньших равновесной , самопроизвольно протекает прямая реакция, а при каких - обратная.

Таблица 2

Таблица 3

?=[?(CH₃OH)+?(Н₂О)]-[?(CO₂)+3?(H₂)]=[-201+(-214.81)]

? реакция протекает с выделением теплоты, т. е. является экзотермической.

?

? реакция протекает с уменьшением беспорядка в системе.

при стандартных условиях реакция протекает в обратном направлении (<).

> 0; < 0, протекает прямая реакция;

> ?; , протекает обратная реакция.

Так как данная реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении, то является обратимой.

Рис. 1

Следовательно, при Т < 298К самопроизвольно протекает прямая реакция, а при Т > 298К самопроизвольно может протекать (но только теоретически) обратная реакция.

Задание 3. Дайте кинетическую характеристику реакции, используя данные термодинамической характеристики.

Определите тип прямой и обратной реакции по фазовому составу реагирующих веществ (гомогенная или гетерогенная).

Напишите выражения для скорости прямой реакции и обратной, если реакция обратима, в соответствии с законом действующих масс (кинетические уравнения реакций).

Рассчитайте, как изменится (во сколько раз увеличится, уменьшится или не изменится) скорость прямой реакции (или обратной, если реакция необратима и протекает только в обратном направлении) при увеличении:

а - концентрации первого из реагирующих веществ А (или D) в три раза;

б - давления в системе в два раза;

в - температуры на ?Т, К при заданном г.

Таблица 4

Решение

Реакция гомогенная.

а - Обозначаем: ; .

Увеличим концентрацию CO₂ в 3 раза:

При увеличении концентрации реагирующего вещества А скорость реакции увеличится в 3 раза.

б - Обозначаем:

; .

Увеличим давление в системе в 2 раза:

При увеличении давления в 2 раза, скорость реакции увеличится в 16.

в - Увеличиваем температуру на ?Т, К=30 при заданном г=4.0

При данном увеличении, скорость реакции увеличится в 16 раз.

Задание 4. Для обратимой химической реакции (используйте результаты выполнения задания), охарактеризуйте состояние химического равновесия и возможность его смещения.

- концентрацию продуктов реакции, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции (повысить выход продуктов реакции).

Решение:

Исходные данные: CO₂(г) + 3H₂(г) = CH₃OH(г) + H₂O(г)

- ? реакция протекает с выделением теплоты, т. е. является экзотермической. Чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции, температуру следует понизить.

- число молекул H₂(г) (исходного вещества) больше, чем число молекул H₂O (г) (продукта реакции) необходимо понизить давление.

- При увеличении концентрации исходных веществ равновесие смещается в направлении прямой реакции (концентрация исходных веществ будет уменьшаться).

- При уменьшении концентрации продуктов реакции равновесие смещается в направлении прямой реакции (концентрация продуктов реакции будет увеличиваться).

Задание 5. Металл поместили в водный раствор каждого из электролитов (задание приведена в табл. 4). Используя величины стандартных электродных потенциалов металлов и стандартного потенциала водородного электрода, определите возможность взаимодействия металла с электролитами.

Напишите молекулярные и электронные уравнения соответствующих реакций.

Таблица 4

Таблица 5

Задание 6. Металлическая конструкция, в которой контактируют два металла, эксплуатируется в коррозионной среде.

Определите тип коррозии по механизму её протекания;

Определите, какой из металлов будет корродировать;

Укажите реакцию коррозионной среды (кислая, нейтральная или щелочная). Для определения реакции среды рассмотрите возможность взаимодействия газа с водой во влажном воздухе, напишите соответствующее уравнение химической реакции;

Определите тип деполяризации (водородная или кислородная) для электрохимической коррозии;

Составьте схему коррозионного гальванического элемента;

Напишите электронные уравнения электродных процессов;

Напишите уравнения токообразующей реакции, протекающей в элементе;

Укажите состав продуктов коррозии.

Таблица 6

Решение:

Коррозия электрохимическая с кислородной деполяризацией.

Марганец имеет меньшее значение электродного потенциала, поэтому является анодом, а кобальт - катодом. Следовательно, корродировать будет - марганец.

Анодный процесс А(-): 2 окисление

Катодный процесс :

1 восстановление

Продуктом коррозии является

термодинамический энтальпия коррозия

Список использованной литературы и источников

1. Общая химия в формулах, определениях, схемах: учеб. пособие / под ред. В.Ф. Тикавого. - Минск: Университетское, 1996. - 528 с.

2. Химия. Многовариантные задания и примеры их выполнения: учеб. пособие / Панасюк Т.Б., Яргаева В.А. - Хабаровск: ТОГУ. - 158 с.

3. Википедия

4. Подготовка к ЕГЭ по химии.

Размещено на Allbest.ru