Министерство образования и науки РФ Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Институт сельского хозяйства и природных ресурсов __________________________________________________________ Кафедра фундаментальной и прикладной химии ЗАДАЧИ ПО ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ ЧАСТЬ 1 Великий Новгород 2013 1. Первый закон термодинамики. Вычисление теплоты, работы, изменения внутренней энергии и энтальпии процесса 1-1. Вычислите количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха от 0 до 20оС при постоянном объёме, если первоначально он находился при атмосферном давлении и занимал объём 27 м3. Удельная теплоёмкость воздуха составляет 0,712 Дж⋅г−1⋅К−1. 1-2. Какое количество тепла потребуется для нагревания 1м3 воздуха от 0 до 1°С при постоянном объеме и начальном давлении 1,013·105 Па? Плотность воздуха при нормальных условиях 1,293 кг/м3, удельная теплоемкость при постоянном давлении Ср = 1,01 Дж⋅г−1⋅К−1. 1-3. Изотермически сжимают 1 м3 азота от давления 1 атм до давления 4 атм при температуре 127оС. Найдите объём азота после сжатия и работу, затраченную на сжатие газа, а также количество тепла, выделяющееся при сжатии. 1-4. 200 г хлора при 27оС занимают объём 5 л. Найдите работу и конечный объём газа при изобарном нагревании на 1оС, считая хлор идеальным газом. 1-5. Вычислите работу, совершённую при нагревании 1 л идеального газа от 0 до 25оС при постоянном давлении 1 атм. 1-6. Газ, расширяясь от 0,01 до 0,016м3, при постоянном давлении 1,013·105 Па поглощает 126 Дж тепла. Определите изменение внутренней энергии. 1-7. Смешано 4,03 г водорода и 32 г кислорода. Их удельные теплоемкости Ср соответственно равны 14,3 и 0,912 Дж⋅г−1⋅К−1. Определите потерю тепла при охлаждении этой смеси на 20 К при постоянном объеме. 1-8. Газовая смесь, которую можно считать идеальным газом, содержит 0,12 кг водорода и 1,4 кг азота и находится под давлением 1,013·10 6 Па. Вычислите работу изотермического расширения смеси при 298 К до давления 1,013·105 Па. 1-9. 6 г водорода, взятого при давлении 1,013·105 Па, нагревают при постоянном объеме, равном 67,2·10-3 м3, с таким расчетом, чтобы внутренняя энергия его возросла на 8650 Дж. Теплоемкость водорода при постоянном давлении Ср = 28,83 Дж·моль-1·К-1. Каким окажется конечное давление водорода? 1-10. 2 моль идеального газа нагревают при постоянном давлении до тех пор, пока газ не совершит работу, равную 5000 Дж. Как изменятся его внутренняя энергия и энтальпия в этом процессе, если Сv = 2,5 R? 1-11. Смесь, состоящую из 11г углекислого газа и 1г водорода, нагревают при постоянном давлении от 275 К до 400 К. Рассчитайте работу, количество теплоты, изменение внутренней энергии и энтальпии в этом процессе считая газы идеальными. 1-12. Пять литров криптона, взятого при нормальных условиях, нагревают до 873 К при постоянном объёме. Каково конечное давление газа и количество теплоты, затраченной на нагревание? 1-13. При 100°С 6 г кислорода занимают объем 0,004 м3. Вычислите работу, совершаемую газом при изотермическом расширении до объема 0,0045 м3. 1-14. Какое количество теплоты необходимо для повышения температуры 16 г кислорода от 300 до 500 К при давлении 1 атм? Как при этом изменится внутренняя энергия системы? 1-15. Вычислите работу, которую необходимо совершить для изотермического сжатия 1 кмоль диоксида углерода при 20°С от 1,02∙105 Па до 35,70∙105 Па. 1-16. Какое количество теплоты выделится при изотермическом сжатии 0,015 м3 идеального газа при 36,8°С и 1,013∙105 Н/м2, если его объем уменьшится в 5 раз? 1-17. При 0°С и 5,0565∙105 Н/м2 0,002 м3 азота расширяются изотермически до давления 1,013∙105 Н/м2. Вычислите работу, совершаемую газом, и количество поглощенной теплоты. 1-18. 0,85 моль идеального газа, первоначально находившегося под давлением 15 атм. при температуре 300 К, расширяются изотермически, пока давление не станет равным 1 атм. Рассчитайте совершённую при этом работу. 1-19. При 298 К одноатомный газ в идеальном состоянии изотермически и обратимо расширяется от 1,5 л до 10 л, при этом поглощается 966 кДж теплоты. Вычислите количество газа, участвующего в процесс. 1-20. При 25°С и 1,013·105 Па в сосуде находится 1 кг азота. Вычислите количество тепла, изменение внутренней энергии и работу при изохорном увеличении давления до 2,026·105 Па и при изобарном расширении до трехкратного объема. 1-21. Один моль водяного пара обратимо и изотермически сконденсировали в жидкость при 100°С. Рассчитайте работу, количество теплоты, изменение внутренней энергии и энтальпии в этом процессе. Удельная теплота испарения воды при 100°С равна 2258 Дж∙г−1. Объемом жидкости пренебречь. Пар считать идеальным газом. 1-22. Один моль паров брома обратимо и изотермически сконденсировали в жидкость при 59°С. Рассчитайте работу, теплоту, изменение внутренней энергии и энтальпии в этом процессе. Удельная теплота испарения брома при 59°С равна 181,4 Дж∙г−1. Объемом жидкости пренебречь. Пар считать идеальным газом 1-23. 1 кг воды кипит до полного испарения при нормальном атмосферном давлении. Определите работу, количество теплоты, изменение внутренней энергии и энтальпии в этом процессе. Мольная теплота испарения воды при 100°С равна 40,6 кДж∙моль−1. Объемом жидкости пренебречь. Пар считать идеальным газом. 1-24. Вычислите изменение внутренней энергии при испарении 0,2 кг этанола при температуре его кипения под давлением 1,013·105 Па. Теплота испарения этанола при температуре кипения равна 857,7 Дж·г-1, а удельный объем пара равен 0,607 м3·кг-1. Объемом жидкости пренебречь. Пар считать идеальным газом. 1-25. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха в квартире общим объемом 600м3 от 20°С до 25°С. Примите, что воздух − идеальный двухатомный газ, а давление при исходной температуре − нормальное. Вычислите изменение внутренней энергии и энтальпии для процесса нагревания воздуха. 1-26. Один моль тетрафторуглерода расширяется обратимо и адиабатически до увеличения объёма вдвое, при этом температура падает от 298,15 до 248,44 К. Чему равно значение теплоёмкости CV этого газа? 1-27. Один моль аргона, взятого при температуре 25оС и давлении 1 атм, расширяется а) обратимо и изотермически до объёма 50 л; б) обратимо и адиабатически до того же объёма. Рассчитайте конечное давление в обоих случаях, считая газ идеальным. 1-28. В баллоне при 25оС находится неизвестный газ; предполагается, что это азот или аргон. При равновесном адиабатическом расширении 5 л этого газа до объёма 6 л его температура уменьшается примерно на 20оС. Какой газ содержится в баллоне? 1-29. Система содержит 0,5 моль идеального одноатомного газа в объёме 1 л при давлении 10 атм. Газ расширяется обратимо и адиабатически до давления 1 атм. Рассчитайте начальную и конечную температуры, конечный объём газа, а также совершённую работу, изменения внутренней энергии и энтальпии в этом процессе. 1-30. 1 кмоль идеального одноатомного газа, взятого при 300К, нагревают при постоянном давлении до 600К, а затем адиабатически расширяют до первоначальной температуры, Рассчитайте совершённую работу, изменения внутренней энергии и энтальпии в этом процессе. 1-31. Рассчитайте изменение температуры и конечное давление при обратимом адиабатическом сжатии 1 моль гелия от температуры 0оС и объёма 44,8 л до объёма 22,4 л. 1-32. Три моль идеального одноатомного газа, находящегося при температуре 350 К, адиабатически расширяются в необратимом режиме от начального давления 5 атм против постоянного внешнего давления 1 атм. Рассчитайте, какая при этом совершается работа и каков конечный объём газа. 1-33. Один моль ксенона, находящийся при 25оС и 2 атм, расширяется адиабатически: а) обратимо до давления 1 атм; б) против давления 1 атм. Какой будет конечная температура в каждом случае? 1-34. Рассчитайте максимальную работу изотермического расширения 10 г гелия от объёма 10 л до объёма 50 л при температуре 25оС. Какова величина работы адиабатического расширения при тех же начальных условиях и конечном объёме 50 л? 1-35. Вычислите изменение внутренней энергии 1 моль газа (аргона, водорода и водяного пара), если его адиабатически сжать, увеличив давление в 10 раз или уменьшив объем в 10 раз. Начальная температура равна 298К, газ считайте идеальным. 2. Термохимия. Закон Гесса 2-1. Измерить теплоту сгорания углерода до CO в ограниченном количестве кислорода практически невозможно, потому что продукт реакции всегда будет состоять из смеси CO и CO2. Однако теплоту полного сгорания углерода до CO2 в избытке кислорода измерить можно: C(графит) + O2(г) = CO2(г); ΔH10 = −393,70 кДж·моль-1. Можно измерить и теплоту сгорания CO до CO2: CO(г) + 0,5O2(г) = CO2(г); ΔH20 = −283,12 кДж·моль-1. На основании этих данных рассчитайте теплоту образования CO. 2-2. При комнатной температуре переход моноклинной серы в ромбическую самопроизволен, но он протекает слишком медленно для того, чтобы можно было произвести точные калориметрические измерения. Поэтому проводят быстрые реакции сгорания двух различных форм серы в кислороде с образованием SO2: S(мон) + O2(г) = SO2(г); ΔH10 = −297,33 кДж·моль-1; S(ромб) + O2(г) = SO2(г); ΔH20= −297,04 кДж·моль-1. На основании этих данных определите энтальпию перехода моноклинной серы в ромбическую. 2-3. Вычислите энтальпию образования аммиака на основании следующих данных: 2H2 + O2 = 2H2O(ж); 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O(ж); ΔH10 = −571,90 кДж·моль-1; ΔH20 = −1530,98 кДж·моль-1. 2-4. Вычислите энтальпию образования оксида азота (II) на основании следующих данных: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O(ж); 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O(ж); ΔH10 = −1168,18 кДж·моль-1; ΔH20 = −1530,98 кДж·моль-1. 2-5. Рассчитайте энтальпию образования PCl5(тв), если известны тепловые эффекты следующих реакций: 2P(тв) + 3Cl2(г) = 2PCl3(ж) ΔH10 = − кДж·моль-1; PCl3(ж) + Cl2(г) = PCl5(тв) ΔH20 = +32.81 кДж·моль-1. 2-6. Исходя из стандартной энтальпии образования газообразного диоксида углерода –393,5 кДж·моль-1 и термохимического уравнения реакции: C(графит) + 2N2O(г) = CO2(г) + 2N2(г), для которой известно стандартное значение теплового эффекта −557,5 кДж·моль, вычислите стандартную энтальпию образования N2O(г). 2-7. Исходя из известных значений стандартных тепловых эффектов реакций MgO(кр) + 2H+(aq) = Mg2+(aq) + H2O(ж) ΔH10 = −145,6 кДж⋅моль−1, H2O(ж) = H+(aq) + OH−(aq) ΔH20 = +57,5 кДж⋅моль−1, вычислите значение стандартной энтальпии реакции растворения оксида магния в воде: MgO(кр) + H2O(ж) = Mg2+(aq) + 2OH−(aq). 2-8. Энтальпия образования кристаллогидрата CuSO4∙5H2О равна −2280,0 кДж∙моль−1. Вычислите энтальпию растворения в воде 1 моль безводной соли CuSO4. Для расчета используйте энтальпию растворения кристаллогидрата в воде, которая равна 111,7 кДж∙моль−1, и энтальпии образования жидкой воды и безводной соли. 2-9. Вычислите стандартную энтальпию образования MgCO3 при 298 К, используя известные тепловые эффекты следующих реакций: C(графит) + O2(г) = CO2(г) ΔH10 = −393,5кДж⋅моль−1; 2Mg(тв) + O2(г) = 2MgO(тв) ΔH20 = −1203,6 кДж⋅моль−1; MgO(тв) + CO2(г) = MgCO3(тв) ΔH30 = −117,7 кДж⋅моль−1. 2-10. Рассчитайте энтальпию образования N2O5 на основании данных о тепловых эффектах следующих реакций: 2NO + O2 = 2NO2 ΔH10 = −114,1 кДж⋅моль−1; 4NO2 + O2 = 2N2O5 ΔH20 = −110,2 кДж⋅моль−1; N2 + O2 = 2NO ΔH30 = + 180,5 кДж⋅моль−1. 2-11. Известны тепловые эффекты следующих реакций: FeO(кр) + CO(г) = Fe(кр) + CO2(г) ΔH10 = −18,2 кДж⋅моль−1; 2CO(г) + O2(г) = 2CO2(г) ΔH20 = −566,0 кДж⋅моль−1; 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) ΔH30 = + 483,6 кДж⋅моль−1. Рассчитайте энтальпию реакции FeO(кр) + H2(г) = Fe(кр) + H2O(г) 2-12. Рассчитайте тепловой эффект химической реакции CdSO4(кр) + H2O(г) = CdSO4·H2O(кр), зная тепловые эффекты следующих реакций: CdSO4(кр) + 400H2O(ж) = CdSO4 в 400 моль H2O ΔH10 = −45,95 кДж⋅моль−1, CdSO4⋅H2O(кр) + 399H2O(ж) = CdSO4 в 400 моль H2O ΔH20 = −25,51 кДж⋅моль−1, H2O(г) = H2O(ж) ΔH30 = −40,68 кДж⋅моль−1. 2-13. Известны тепловые эффекты следующих реакций: CH3(г) + H(г) = CH4(г) ΔH10 = −438,51 кДж⋅моль−1, CH3Br(г) + Br(г) = CH3(г) + Br2(ж) ΔH20 = 45,52 кДж⋅моль−1, CH3Br(ж) = CH3Br(г) ΔH30 = 23,93 кДж⋅моль−1. Рассчитайте энтальпию реакции CH4(г) + Br2(ж) = CH3Br(ж) + HBr(г), если энергия диссоциации молекулы HBr на атомы равна 366,3 кДж⋅моль−1. 2-14. Рассчитайте теплоту образования сульфата цинка на основании данных о тепловых эффектах следующих реакций: ZnS(кр) = Zn(кр) + S(ромб) ΔH10 = 200,5 кДж⋅моль−1, 2ZnS(кр) + 3O2 = 2ZnO(кр) + 2SO2 ΔH20 = −893,5 кДж⋅моль−1, 2SO2 + O2 = 2SO3 ΔH30 = −198,2 кДж⋅моль−1, ZnSO4(тв) = ZnO(тв) + SO3 ΔH40 = 235,0 кДж⋅моль−1 2-15. При взаимодействии 10 г металлического натрия с водой при температуре 298 К выделилось 79,91 кДж, а при взаимодействии 20 г Na2O с водой выделилось 76,76 кДж тепла. В обоих случаях вода взята в большом избытке. Величина стандартной энтальпии сгорания водорода равна −285,84 кДж⋅моль−1. Вычислите стандартные изменения энтальпии и внутренней энергии образования оксида натрия при 298 К. 2-16. Рассчитайте энтальпию образования H2SO4(ж), используя энтальпии реакции сгорания ромбической серы до SO2 (ΔH10 = −297,04 кДж⋅моль−1), реакции окисления SO2 в SO3 на платиновом катализаторе (ΔH20 = −98,33 кДж⋅моль−1) и теплоту растворения SO3 в воде с образованием H2SO4(ж) (ΔH30 = −130,35 кДж⋅моль−1). Тепловой эффект образования жидкой воды ΔH40 = −285,84 кДж⋅моль−1. 2-17. Энтальпии нейтрализации NaOH и NH4OH хлороводородной кислотой равны –55,81 кДж·моль-1 и –51,34 кДж·моль-1 соответственно. Какова энтальпия диссоциации NH4OH, если это основание – слабый электролит? 2-18. Энтальпии нейтрализации хлороводородной, уксусной и масляной кислот гидроксидом натрия равны –55,81 кДж·моль-1; –56,07 кДж·моль-1 и –57,74 кДж·моль-1 соответственно. Каковы энтальпии диссоциации уксусной и масляной кислот, если эти кислоты – слабые электролиты? 2-19. Энтальпия растворения Na2SO3 при 18°С равна –11,30 кДж·моль-1 , а энтальпия гидратации этой соли при переходе в Na2SO3·7H2O составляет –58,16 кДж·моль-1. Вычислите энтальпию растворения Na2SO3·7H2O. 2-20. Энтальпия растворения BaCl2 равна –8,66 кДж⋅моль−1, а энтальпия гидратации этой соли при переходе в BaCl2·2H2O равна –29,16 кДж⋅моль−1. Какова энтальпия растворения BaCl2·2H2O? 2-21. Энтальпии растворения MgSO4, MgSO4·H2O, MgSO4·7H2O равны – 84,85 кДж·моль-1; –55,64 кДж·моль-1 и 15,9 кДж·моль-1 соответственно. Какова энтальпия гидратации при переходе: а) MgSO4 вMgSO4·H2O; б) MgSO4 в MgSO4·7H2O; в) MgSO4·H2O в MgSO4·7H2O? 2-22. Определите тепловой эффект реакции сгорания этана в озоне: C2H6(г) + 7/3 O3 = 2CO2(г) + 3H2O(ж), используя стандартную энтальпию сгорания этана в кислороде и стандартную энтальпию образования озона. 2-23. Вычислите энтальпию реакции CH4(г) + Cl2(г) = CH3Cl(г) + HCl(г), если энтальпии сгорания метана, хлорметана и водорода (до жидкой воды) соответственно равны −890,6; −689,8 и −285,8 кДж⋅моль−1, а энтальпия образования HCl равна −92,3 кДж⋅моль−1. 2-24. Известны стандартные энтальпии сгорания при 25оС газообразных этана, этилена и водорода, которые составляют соответственно −1560,6; −1562,6 и −285,9 кДж⋅моль−1. Во всех случаях продуктами сгорания являются газообразный углекислый газ и жидкая вода. Рассчитайте стандартную энтальпию реакции гидрирования этилена. 2-25. Стандартные энтальпии сгорания бутена-1 и бутана равны соответственно −2719,0 и −2877,1 кДж⋅моль−1. Вычислите тепловой эффект реакции гидрирования бутена. 2-26. Рассчитайте стандартную энтальпию и изменение внутренней энергии для газофазной реакции CH≡CH(г) + 2H2(г) = C2H6(г) при 298 К, используя справочные данные по энтальпиям сгорания веществучастников реакции. 2-27. Рассчитайте стандартную энтальпию и изменение внутренней энергии для газофазной реакции CH≡CH(г) + H2(г) = C2H4(г) при 298 К, используя справочные данные по энтальпиям сгорания веществучастников реакции. 2-28. Рассчитайте стандартную энтальпию и изменение внутренней энергии для газофазной реакции CH2О(г) + Н2(г) = CH3ОН(г) при 298 К, используя справочные данные по энтальпиям сгорания веществучастников реакции 2-29. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте стандартное изменение энтальпии в реакции этерификации: C2H5OH(ж) + CH3COOH(ж) = CH3COOC2H5(ж) + H2O(ж). 2-30. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте стандартное изменение энтальпии и изменение внутренней энергии в реакции крекинга бутана: C4H10(г) = C2Н6(г) + C2H4(г). 2-31. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте стандартное изменение энтальпии и изменение внутренней энергии в реакции дегидроциклизации гексана: C6H14(г) = C6H6(г) + 4H2(г). 2-32. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте стандартное изменение энтальпии и внутренней энергии в реакции гидрирования бензола: C6H6(г) + 3H2(г) = C6H12(г). 2-33. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте стандартное изменение энтальпии и изменение внутренней энергии в реакции: СО(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(ж). 2-34. По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте стандартное изменение энтальпии и внутренней энергии в реакции: 2СН4(г) = С2Н2(г) + 3Н2(г). 2-35. По стандартным энтальпиям сгорания веществ рассчитайте стандартную энтальпию образования метана. Полученное значение сравните с табличным ΔН0f,298(CH4) = −74,85 кДж∙моль−1. С(графит) + 2Н2(г) = СН4(г). 2-36. По стандартным энтальпиям сгорания веществ рассчитайте стандартную энтальпию образования бутана. Полученное значение сравните с табличным ΔН0f,298(C4H10) = −126,15 кДж∙моль−1. 4С(графит) + 5Н2(г) = С4Н10(г). 2-37. По стандартным энтальпиям сгорания веществ рассчитайте стандартную энтальпию образования газообразного пентана. Полученное значение сравните с табличным ΔН0f,298(C5H12(г)) = −146,64 кДж∙моль−1. 5С(графит) + 6Н2(г) = С5Н12(г). 2-38. По стандартным энтальпиям сгорания веществ рассчитайте стандартную энтальпию образования газообразного сероводорода. Полученное значение сравните с табличным ΔН0f,298(H2S(г)) = −20,60 кДж∙моль−1. S(ромбич.) + Н2(г) = Н2S(г). 2-39. По стандартным энтальпиям сгорания жидкого и газообразного пентана рассчитайте стандартную энтальпию испарения пентана при температуре 298 К. 2-40. По стандартным энтальпиям сгорания жидкого и газообразного гексана рассчитайте стандартную энтальпию испарения гексана при температуре 298 К. 2-41. При 25оС стандартная энтальпия сгорания газообразного пропана равна −2220 кДж·моль−1, а энтальпия испарения жидкого пропана равна 15,0 кДж·моль−1. Какова энтальпия сгорания жидкого пропана при этой температуре? Какое значение имеет изменение внутренней энергии для процесса сгорания газообразного и жидкого пропана. 2-42. В природных условиях метан образуется высокоспециализированными анаэробными микроорганизмами-метаногенами. Субстратами для них служат уксусная кислота, метанол, смесь CO2 + H2. Образование метана может быть представлено уравнениями: CH3COOH(ж) = CH4(г) + CO2(г); CH3OH(ж) + H2(г) = CH4(г) + H2O; CO2(г) + 4H2(г) = CH4(г) + 2H2O(г). По стандартным энтальпиям сгорания соединений рассчитайте стандартное изменение энтальпии в каждой реакции. Какая из реакций является наиболее экзотермичной? 3. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Закон Кирхгофа 3-1. Рассчитайте изменение энтальпии в реакции синтеза фосгена COCl2(г) из газообразных оксида углерода (II) и хлора при температуре 600К, если стандартные энтальпии образования веществ при 298 К равны: ΔH0f,298(CO) = −110,5 кДж⋅моль−1, ΔH0f,298(COCl2) −219,5 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости их мольных теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 600 К задаются выражениями: Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2; Cp(Cl2) = 37,03 + 0,67·10-3Т – 2,85 105Т-2; Cp(COCl2) = 67,15 + 12,03·10-3Т – 9,04·105Т-2. 3-2. Изменение энтальпии диссоциации кальцита CaCO3(тв) на оксид кальция (II) и оксид углерода (IV) при 298 К равно 178,23 кДж⋅моль−1. Рассчитайте изменение энтальпии этой реакции при 1000 К, если температурные зависимости их теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К задаются уравнениями: Cp(CaO) = 49,62 + 4,52·10−3T − 6,95·105T −2; Cр(CO2) = 44,14 + 9,04·10−3 T − 8,54·105T-2; Cp(CaCO3) = 104,52 + 21,92·10−3T − 25,94·105T −2. Определите, какое количество тепла поглощается при диссоциации 1г кальцита. 3-3. Выведите уравнение зависимости теплового эффекта реакции СH4(г) = С(графит) + 2Н2(г), от температуры, а так же вычислите тепловой эффект этой реакции при 1000К, если его значение при стандартных условиях и температуре 298К равно 74,85 кДж∙ моль−1, а температурные зависимости их теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298К до 2500К задаются уравнениями: Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2; Cp(Cграфит) = 11,19 + 10,95·10−3T − 4,89·105T −2; Cр(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2. 3-4. Вычислите стандартную энтальпию реакции С2H2(г) + 2Н2(г) = С2H6(г) при температуре 400 К, если известны стандартные энтальпии образования участников реакции при температуре 298 К: ΔH0f,298(C2H2) = 226,73 кДж⋅моль−1, ΔH0f,298 (C2H6) = −84,68 кДж⋅моль−1, а также температурные зависимости их теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К: Cp(C2H2) = 20,44 + 66,65·10−3 T − 26,48·10−6T 2; Cp(C2H6) =5,75 + 175,11·10−3T − 57,85·10−6T 2; Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2. 3-5. Рассчитайте изменение энтальпии в реакции CH4(г) + H2О(г) = CO(г) + 3H2(г) при температуре 1000К, если стандартные энтальпии образования веществ при 298 К равны: ΔH0f,298(CH4) = −74,85 кДж⋅моль−1; ΔH0f,298(H2О) −241,81 кДж⋅моль−1; ΔH0f,298(CO) = −110,5 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости их мольных теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К задаются выражениями: Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2; Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2. Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2; Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2. 3-6. Рассчитайте изменение энтальпии в реакции CH4(г) + H2О(г) = CO(г) + 3H2(г) при температуре 1000К, если стандартные энтальпии образования веществ при 298 К равны: ΔH0f,298(CH4) = −74,85 кДж⋅моль−1; ΔH0f,298(H2О) −241,81 кДж⋅моль−1; ΔH0f,298(CO) = −110,5 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости их мольных теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К задаются выражениями: Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2; Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2. Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2; Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2. 3-7. Найдите температурную зависимость теплового эффекта реакции сгорания водорода (до газообразной воды) и рассчитайте его величину при температуре 1500 К, зная тепловой эффект этой реакции при температуре 298 К и температурные зависимости мольных теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2. Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2; Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2. 3-8. Найдите зависимость теплового эффекта реакции сгорания метана (до газообразной воды) от температуры и рассчитайте его величину при температуре 1000°С, зная тепловые эффекты образования веществ-участников реакции при 25°С: ΔH0f,298(CH4) = −74,85 кДж∙моль−1, ΔH0f,298(CО2) = −393,53 кДж∙моль−1, ΔH0f,298(Н2О) = −241,81 кДж∙моль−1; а также температурные зависимости их мольных теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 25 до 1000°С: Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2; Cр(O2) = 31,46 + 3,39∙10−3 T − 3,77∙105T −2; Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2; Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2. 3-9. Cтандартная энтальпия образования Аl2O3(кр) при 298 К равна −1675,0 кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования Аl2O3(кр) при 800 К, зная температурные зависимости мольных теплоемкостей Аl(кр), O2 и Аl2O3(кр) (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 800 К: Cp(Al) = 20,67 + 12,38·10−3T; Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2; Cp(Аl2O3) = 114,55 + 12,89·10−3T − 34,31·105T −2. 3-10. Cтандартная энтальпия образования АgСl(кр) при 298 К равна −126,78 кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования АgCl(кр) при 150°C, если температурные зависимости мольных теплоемкостей Аg(кр), Cl2 и АgCl(кр) (в Дж⋅моль−1⋅К−1): Cp(Ag) = 23,97 + 5,27·10−3T – 0,25∙105T −2; Cр(Cl2) = 37,03 + 0,67·10−3 T − 2,85·105T −2; Cp(АgCl) = 62,26 + 4,18·10−3Т − 11,30·105T −2. 3-11. Cтандартная энтальпия образования ZnO(кр) при 298 К равна −348,11 кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования оксида цинка при 327°C, если температурные зависимости мольных теплоемкостей Zn(кр), O2 и ZnO(кр) (в Дж⋅моль−1⋅К−1): Cp(Zn) = 22,38 + 10,04·10−3T; Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2; Cp(ZnO) = 48,99 + 5,10·10−3Т − 9,12·105T −2. 3-12. Выведите уравнение зависимости энтальпии образования CО2 температуры, а так же вычислите ее значение при 1000°С, если ΔH0f,298(CО2) = −393,51 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости теплоёмкостей графита, кислорода и CО2 (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298К до 2500К задаются уравнениями: Cp(Cграфит) = 11,19 + 10,95·10−3T − 4,89·105T −2; Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2; Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2. 3-13. Выведите уравнение зависимости энтальпии образования NО от температуры, а так же вычислите ее значение при 2000 К, если ΔH0f,298(NО) = 91,26 кДж⋅моль−1, а температурные зависимости теплоёмкостей азота, кислорода и NО (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298К до 2500К задаются уравнениями: Cp(N2) = 27,88 + 4,27·10−3T; Cр(O2) = 31,46 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2; Cp(NО) = 29,58 + 3,85·10−3T − 0,59·105T −2. 3-14. Cтандартная энтальпия образования NH3(г) при 298 К равна −45,94 кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования NH3(г) при 700°C, если температурные зависимости мольных теплоемкостей азота, водорода и аммиака (в Дж⋅моль−1⋅К−1): Cv(N2) = 19,57 + 4,27·10−3T; Cv(H2) = 18,97 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2. Cv(NH3) = 21,49 + 25,48·10−3Т − 1,67·105T −2. 3-15. Cтандартная энтальпия образования АlСl3(кр) при 298 К равна −704,17 кДж∙моль−1. Рассчитайте стандартную энтальпию образования АlCl3(кр) при 500 К, если температурные зависимости мольных теплоемкостей Аl, Cl2 и АlCl3(кр) (в Дж⋅моль−1⋅К−1) : Cp(Al) = 20,67 + 12,38·10−3T (от 298 к до 932 К); Cр(Cl2) = 37,03 + 0,67·10−3 T − 2,85·105T −2 (от 298 к до 3000 К); Cp(АlCl3) = 77,12 + 47,83·10−3Т (от 298 к до 465,6 К). Температура плавления АlСl3(кр) равна 465,6 К, энтальпия плавления составляет 35,48 кДж∙моль−1, Ср(АlСl3(ж)) = 130,5 Дж⋅моль−1⋅К−1. 3-16. Вычислите стандартную энтальпию реакции С2H4 + 2Н2 = С2H6 при температуре 1000 К, если известны стандартные энтальпии образования участников реакции при температуре 298 К: ΔH0f,298(C2H4) = 52,30 кДж⋅моль−1, ΔH0f,298 (C2H6) = −84,68 кДж⋅моль−1, а также температурные зависимости их теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К: Cp(C2H4) = 11,32 + 122,01·10−3 T − 37,90·10−6T 2; Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2; Cp(C2H6) =5,75 + 175,11·10−3T − 57,85·10−6T 2. 3-17. Рассчитайте тепловой эффект реакции СН4(г) + СО2(г) = CH3COCH3(г) + H2(г) при 500 К, если при 298 К он равен 84,93 кДж∙моль−1, а температурные зависимости теплоёмкостей веществ-участников реакции (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1500 К: Cp(CH4) = 17,45 + 60,46·10−3T + 1,12·10−6T 2; Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2. Cp(CH3COCH3) = 22,47 + 201,80·10−3T − 63,50·10−6T 2; Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2. 3-18. Рассчитайте тепловой эффект реакции СО(г) + 2H2(г) = CH3OH(ж) при 1000 К, если при 300 К он равен 90,72 кДж∙моль−1, а температурные зависимости теплоёмкостей веществ-участников реакции (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К: Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2; Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2; Cp(СH3OH) = 81,60. 3-19. Тепловой эффект реакции СО(г) + ½ О2(г) = CO2(г) при 0°С и постоянном давлении составляет −284,5 кДж∙моль−1; температурные зависимости теплоёмкостей веществ-участников реакции (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 1000 К: Cv(CO) = 20,10 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2; Cv(O2) = 23,15 + 3,39·10−3 T − 3,77·105T −2; Cv(CО2) = 35,83 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2. Рассчитайте тепловой эффект реакции при постоянном давлении и температуре 727°С. 3-20. При стандартных условиях тепловой эффект газофазной реакции 4HCl + O2 = 2Cl2 + 2H2O равен −114,5 кДж⋅моль−1, энтальпия образования газообразной воды составляет −241,8 кДж⋅моль−1. Определите энтальпию образования HCl при температуре 150°С, если известны зависимости теплоёмкостей (в Дж⋅моль−1⋅К−1) от температуры: Cp(H2) = 27,3 + 3,3∙10−3 T + 0,5∙105 T −2 Cp(Cl2) = 36,7 + 1,1∙10−3 T − 2,5∙105 T −2 Cp(HCl) = 26,5 + 4,6∙10−3 T +1,1∙105 T −2 3-21. Для реакций С(графит) + СО2(г) = 2 СО(г) и С(графит) + H2О(г) = 2 СО(г) + H2(г) тепловые эффекты при постоянном давлении и 500К соответственно раны 173,6 и 133,9 кДж⋅моль−1. Рассчитайте тепловой эффект реакции СО(г) + H2О(г) = СО2(г) + H2(г) при 1500К, если зависимости теплоёмкостей веществ-участников реакции (в Дж⋅моль−1⋅К−1) в интервале температур от 298 до 2000 К: Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2; Cp(H2О) = 30,00 + 10,71·10−3 T + 0,33·105T −2; Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2; Cp(H2) = 27,28 + 3,26·10−3 T + 0,502·105T −2. 3-22. Стандартные энтальпии образования FeO(г), CO(г) и CO2(г) равны −264,8;5 −110,53 и −393,51 кДж⋅моль−1 соответственно. Определите количество теплоты, которое выделится при восстановлении 100 кг оксида железа (II) монооксидом углерода при 700К и постоянном давлении, если известны зависимости теплоёмкостей реагентов от температуры(в Дж⋅моль−1⋅К−1): Cp(FeO) = 50,80 + 8,61·10-3 T – 3,31 105 T-2; Cp(CO) = 28,41 + 4,10·10-3 T – 0,46 105 T-2; Cp(CО2) = 44,14 + 9,04·10−3T − 8,54·105T −2; Cp(Fe) = 17,24 + 24,77·10-3 T. 4 Энтропия. Изменение энтропии в различных процессах 4-1. Вычислите энтропию 100 г неона при 500 К, если при 298 К и том же объеме его мольная энтропия равна 146,2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-2. 12 г кислорода охлаждают от 290 до 233К, одновременно повышая давление от 1 до 60 атм. Как изменится энтропия газа, если полагать, что теплоёмкость кислорода в данном температурном интервале постоянна и равна 32,9 Дж∙моль−1∙К−1? 4-3. 2 л аргона под постоянным давлением 19,6·104 Па нагревают до тех пор, пока объём его не увеличится до 12 л. Каково изменение энтропии, если начальная температура газа равна 373 К? 4-4. Идеальный газ, взятый при температуре 300 К и давлении 20 атм, обратимо и изотермически расширяется от 1 до 10 л. Рассчитайте изменение энтропии газа. 4-5. Вычислите изменение энтропии при нагревании 16 кг кислорода от 273 до 373 К: а) при постоянном объёме; б) при постоянном давлении. Считайте кислород идеальным газом. 4-6. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 11,2 л азота от 0 до 50 С и одновременном уменьшении давления от 1 до 0,01 атм. Азот считайте идеальным газом. о 4-7. Вычислите конечный объем 1 моль идеального газа, первоначально занимающего объем 0,02 м3, если при изотермическом расширении его энтропия увеличивается на 38,28 Дж∙моль−1∙К−1. 4-8. Рассчитайте изменение энтропии в процессе расширения 10 г криптона от давления 101325 Па до 21330 Па. Криптон считайте идеальным газом. 4-9. Рассчитайте энтропию смешения 1,5 моль аргона с 2,6 моль азота при постоянных давлении и температуре. 4-10. В одном из сосудов одинаковой ёмкости 3 м3 находится 28 кг азота, а в другом 32 кг кислорода. В обоих сосудах температура одинакова. Найдите изменение энтропии при диффузии газов в результате соприкосновения содержимого этих сосудов. Считайте кислород и азот идеальными газами. 4-11. Рассчитайте энтропию смешения 100 см3 кислорода с 400 см3 азота при постоянных давлении 101325 Па и температуре 280 К. 4-12. При постоянной температуре 300 К и давлении 1 атм. каждый смешаны 2 л гелия и 2 л аргона. После изотермического смешения полученная газовая смесь нагрета до 600 К при постоянном объёме. Найдите общее возрастание энтропии, учитывая, что теплоёмкость газов CV не зависит от температуры и равна 12,56 Дж∙моль−1∙К−1. 4-13. Определите изменение энтропии при смешении 1 кмоль аргона, взятого при 293К и давлении 101,3 кПа и 2 кмоль азота, находящегося при 323 К и давлении 101,3 кПа. Давление смеси равно 101,3 кПа. Считайте аргон и азот идеальными газами. Теплоемкости (Сv) азота и аргона равны 20,935 и 12,251 Дж∙моль−1∙К−1 соответственно и постоянны в указанном интервале температур. 4-14. Вычислите изменение энтропии при разделении 1 моль воздуха при 101325 Па и температуре 25°С на чистые кислород и азот. Примите состав воздуха: 21%(об.) кислорода и 79%(об.) азота. 4-15. Стандартная энтропия золота при 25оС S0298 = 47,40 Дж∙моль−1∙К−1. При нагревании до 484оС энтропия золота увеличивается в 1,5 раза. До какой температуры надо охладить золото, чтобы его стандартная энтропия была в 2 раза меньше, чем при 298 К? Теплоёмкость можно считать не зависящей от температуры. 4-16. Найдите изменение энтропии при нагревании 58,82 кг B2O3(тв) от 298 до 700 К. Температурная зависимость теплоёмкости B2O3(тв) описывается уравнением Cp(B2O3) = 36,5525 + 106,345∙10-3T (в Дж∙моль−1∙К−1). 4-17. Рассчитайте энтропию 1 моль оксида углерода (II) при температуре 200°С и давлении 50,67 105 Па, если при 25°С и 1,023∙105 Па его энтропия равна 197,55 Дж∙моль−1∙К−1. а зависимость мольной теплоемкости от температуры выражается уравнением Ср(CО) = 28,41 + 4,1∙10-3Т – 0,46∙105Т−2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-18. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1,5 молей никеля от 25 до 1450оС. Мольные теплоемкости Ni (в Дж∙моль−1∙К−1) равны: Cp(α-Ni) = 16,99 + 29,46∙10−3T, Cp(β-Ni) = 25,10 + 7,53∙10−3T. Температура полиморфного перехода α-Ni в β-Ni составляет 360оС, стандартная энтальпия перехода α → β при этой температуре ΔH0(α → β) = 0,38 кДж∙моль−1. 4-19. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 5,85 г хлорида натрия от 25 до 850°С, если температура его плавления равна 800°С, удельная энтальпия плавления cоставляет 516,7 Дж∙г1. Зависимость мольной теплоемкости твердого NaCl от температуры описывается уравнением Ср(тв)(NaCl) = 45,94 + 16,32∙10-3Т Дж∙моль−1∙К−1; теплоемкость жидкого NaCl равна 66,53 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. 4-20. Определите изменение энтропии в процессе сжижения 1 моль метана, если его начальная температура равна 25°С, а конечная 111,8 К. Мольная энтальпия испарения метана при 111,8 К равна 8234,0 Дж∙моль−1, мольная теплоемкость газообразного метана Cp(г)(СН4) = 35,79 Дж∙моль−1∙К−1. Вычислите работу сжижения метана, приняв к.п.д. равным 10%. 4-21. Два моль водяного пара конденсируются при 100оС, вода охлаждается до 0оС и замерзает при этой температуре. Вычислите изменение энтропии воды. Средняя удельная теплоемкость жидкой воды равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1. Удельные энтальпии испарения в точке кипения и плавления в точке замерзания составляют 2258 и 333,9 Дж∙г−1∙К−1 соответственно. 4-22. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль бензола от 25 до 100°С, если удельная энтальпия испарения бензола при его температуре кипения 80,2°С равна 393,3 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого бензола равна 135,14 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. Зависимость мольной теплоемкости паров бензола от температуры описывается уравнением: Ср(г) = –21,09 + 400,12∙10-3Т – 169,87∙10-6Т2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-23. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль толуола от 25 до 150°С, если удельная энтальпия испарения толуола при его температуре кипения 110,6°С равна 347,3 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого толуола равна 156,06 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. Зависимость мольной теплоемкости паров толуола от температуры описывается уравнением: Ср(г) = –21,59 + 476,85∙10-3Т – 190,33∙10-6Т2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-24. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 2 моль метанола от 25 до 100°С, если удельная энтальпия испарения метанола при его температуре кипения 64,7°С равна 1100,4 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого метанола равна 81,60 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. Зависимость мольной теплоемкости паров метанола от температуры описывается уравнением: Ср(г) = 15,28 + 105,20∙10-3Т 31,04∙106Т2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-25. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль этанола от 25 до 100°С, если удельная энтальпия испарения этанола при его температуре кипения 78,3°С равна 863,6 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого этанола равна 111,96 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. Зависимость мольной теплоемкости паров этанола от температуры описывается уравнением: Ср(г) = 10,99 + 204,70 10-3Т 74,20 106Т2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-26. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль ацетона от 25 до 100°С, если удельная энтальпия испарения ацетона при его температуре кипения 56,0°С равна 514,6 Дж∙г1. Мольная теплоемкость жидкого ацетона равна 125,00 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. Зависимость мольной теплоемкости паров ацетона от температуры описывается уравнением: Ср(г) = 22,47 + 201,80 10-3Т 63,50 106Т2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-27. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 0,1 кг воды от 0 до 150°С, если удельная энтальпия испарения воды при 100°С равна 2,258 кДж∙г1, удельная теплоемкость жидкой воды равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. Зависимость мольной теплоемкости водяного пара от температуры описывается уравнением Ср(г) = 30,00 + 10,71 10-3Т + 0,33 105Т−2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-28. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 1 моль твердого брома от температуры плавления −7,32°С до 100°С, если удельная энтальпия плавления брома равна 67,78 Дж∙г−1, а удельная энтальпия испарения при его температуре кипения 59,0°С равна 188,5 Дж∙г−1. Мольная теплоемкость жидкого брома составляет 75,69 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. Зависимость мольной теплоемкости паров брома от температуры описывается уравнением: Ср(г) = 37,32 + 0,50 10-3Т 1,26 105Т−2 Дж∙моль−1∙К−1. 4-29. Рассчитайте энтропию двух молей паров ртути при температуре 400 оС и давлении 0,5 атм, если известно следующее: температура кипения ртути при 1 атм равна 357оС, стандартная энтальпия испарения при этой температуре 59,4 кДж∙моль−1, S0298 = 76,1 Дж∙моль−1∙К−1, теплоёмкости Cp можно считать не зависящими от температуры, их значения для жидкой и парообразной ртути составляют соответственно 27,82 и 20,79 Дж∙моль−1∙К−1. 4-30. Рассчитайте изменение энтропии при переходе 1 моль этанола из жидкого состояния при 25°С и 1,0325∙105 Па в пар при температуре кипения 78,3°С и 0,0507∙105 Па. Мольная теплота испарения этанола 40,79 кДж∙моль1, Мольная теплоемкость жидкого этанола равна 111,96 Дж∙моль−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. 4-31. Рассчитайте изменение энтропии при смешении 5 кг воды с температурой 80оС с 10 кг воды с температурой 20оС. Удельная теплоёмкость воды Cp(ж)(H2O) = 4,184 Дж∙г−1∙К−1. 4-32. Рассчитайте температуру смеси и изменение энтропии при смешении 350 г воды с температурой 5оС с 500 г воды с температурой 70оС. Удельная теплоёмкость воды Cp(ж)(H2O) = 4,184 Дж∙г−1∙К−1. 4-33. Рассчитайте изменение энтропии в процессе смешения 5 кг воды при 80°С с 10 кг воды при 20°С. Удельную теплоемкость воды считайте постоянной и равной 4,184 Дж∙г−1∙К−1. 4-34. В термически изолированный сосуд с 5 кг воды, имеющей температуру 30 С, добавляется 1 кг снега, имеющего температуру –10оС. Как изменится энтропия, когда система придёт в равновесие? Удельная энтальпия плавления льда равна 333,9 Дж∙г−1, удельные теплоемкости воды и льда равны 4,184 и 2,02 Дж∙г−1∙К−1 соответственно. о 4-35. В 1 кг воды с температурой 0оС погрузили 0,5 кг железа с температурой 100оС. Рассчитайте изменение энтропии этих тел и суммарное изменение энтропии в изолированной системе. Примите, что Cp(ж)(H2O) = 4,184 Дж∙г−1∙К−1, а Cp(тв)(Fe) = 0,46 Дж∙г−1∙К−1. 4-36. В сосуд, содержащий 0,001 м3 воды при 20°С, погружена железная пластинка массой 10 г, нагретая до 200°С. Чему равно изменение энтропии, если Cp(тв)(Fe) = 24,98 Дж∙моль−1∙К−1, Cp(ж)(H2O) = 75,3 Дж∙моль−1∙К−1? 4-37. Серебряную ложку массой 20 г с температурой 25°С погрузили в стакан с 200 г воды, нагретой до температуры кипения. Рассчитайте изменение энтропии этих тел и суммарное изменение энтропии в изолированной системе. Примите, что Cp(ж)(H2O) = 4,184 Дж∙г−1∙К−1, а Cp(тв)(Аg) = 0,236 Дж∙г−1∙К−1. 4-38. 200 г свинцовой дроби нагрели от 20 до 100°С и погрузили в 1кг воды, взятой при 20°С. Рассчитайте изменение энтропии этих тел и суммарное изменение энтропии в изолированной системе. Примите, что Cp(ж)(H2O) = 4,184 Дж∙г−1∙К−1, а Cp(тв)(Pb) = 0,130 Дж∙г−1∙К−1. 4-39. Рассчитайте изменение энтропии при добавлении 72 г льда при температуре 0оС к 72 г воды при 90оС в изолированной системе. Энтальпия плавления льда равна 6,0 кДж∙моль−1, удельная теплоемкость воды равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. 4-40. Рассчитайте изменение энтропии в изолированной системе при добавлении 100 г льда с температурой 0оС к 1 кг воды с температурой 20оС. Энтальпия плавления льда равна 6,0 кДж∙моль−1, удельная теплоемкость воды равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры 4-41. Лёд массой 1 г при 0оС прибавлен к 10 г воды, температура которой 100оС. Какова конечная температура смеси и чему равно изменение энтропии в этом процессе? Энтальпия плавления льда равна 335,0 Дж∙г−1, удельная теплоемкость воды равна 4,184 Дж∙г−1∙К−1 и в первом приближении не зависит от температуры. 4-42. В сосуд, содержащий 10 моль водяного пара при 120°С поместили медную пластинку массой 128 г, нагретую до 200°С. Мольные теплоемкости (Дж∙моль−1∙К−1) водяного пара и меди равны 33,61 и 24,43 соответственно и в первом приближении не зависят от температуры. Рассчитайте изменение энтропии в изолированной системе. 4-43. В сосуд, содержащий 0,1 кг водяного пара при 100°С поместили серебряную пластинку массой 324 г, нагретую до 300°С. Мольные теплоемкости (Дж∙моль−1∙К−1) водяного пара и серебра равны 33,61 и 25,44 соответственно и в первом приближении не зависят от температуры. Рассчитайте изменение энтропии в изолированной системе. 4-44. Газообразные водород и хлор при 25°С поступают в ректор синтеза хлороводорода, где взаимодействуют при 725°С по реакции: H2(г) + Cl2(г) = 2HCl(г). Вычислите изменение энтропии системы, начиная с момента поступления газов в реактор, если исходные вещества взяты в стехиометрических количествах. Мольные изобарные теплоемкости (Дж∙моль−1∙К−1) водорода и хлора равны 27,28 и 33,93 соответственно и в первом приближении не зависят от температуры.