Question

1. Какое количество теплоты выделится при сгорании 4,6 г метилгидразина (CH6N2). Энтальпии образования метилгидразина и продуктов сгорания равны: CH6N2(жид.) CO2 H2O(жидк.) ΔfHo кДж/моль +53,14 -393,5 -285,8 2. Определить направление самопроизвольного протекания химической реакции в стандартных условиях. (Энтальпии образования (ΔHof) и энтропии (So) веществ известны): NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(кр) ΔfHo кДж/моль -45.94 -92.31 -314.22 So Дж/моль*К 192.66 186.79 95.81

Answer 1

1.

Количество вещества метилгидразина:

$\frac{4.6}{46}=0.1$ моль.

Примем условия реакции изобарно-изотермическими, изменение теплоёмкости в ходе реакции равно нулю, тогда энтальпия реакции будет равна.

Согласно закону Гесса, теплота процесса в изобарных условиях является функцией состояния, следовательно:

ΔH(сгорания) = ΔHf(исходных) - ΔHf(продуктов)

ΔH(сгорания) = (2*53.14) - (2*-393.5 + 6*-285.8) = 2.608*10^3 кДж/моль.

Уравнение реации сгорания:

2CH6N2 + 5O2 = 2CO2 + 6H2O + 2N2

$Q = 0.1 * \frac{1.304*10^3}{2} = 65.2$ кДж

2.

Уравнение реакции:

NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(кр)

По следствию из того же закона Гесса:

ΔH(реакции) = -314.22 - ( -92.31 + -45.94) = -175.97 кДж/моль.

ΔS(реакции) = 95.81 - (186.79 + 192.66) = -283.64 Дж/(моль*К)

Используя одно из уравнений Гиббса-Гельмгольца:

ΔG = ΔH - TΔS

ΔG = -175.97 - 298 * 10^-3 * -283.64 = -91.445 кДж/моль.

Так как ΔG < 0, реакция протекает в прямом направлении.

Answer 2

Для решения первой задачи о выделении теплоты при сгорании метилгидразина, нужно сначала составить уравнение реакции сгорания и затем посчитать изменение энтальпии.

Уравнение реакции сгорания метилгидразина:

CH6N2(жид.) + 2.5 O2(g) → CO2(g) + 3 H2O(жид.) + N2(g)

Тепловой эффект реакции можно определить как разницу между суммой энтальпий продуктов и реагентов:

ΔH = Σ(ΔHof продуктов) - Σ(ΔHof реагентов)

ΔH = [ΔHof(CO2) + ΔHof(H2O) + ΔHof(N2)] - [ΔHof(CH6N2) + 2.5 * ΔHof(O2)]

Подставляем значения энтальпий образования из условия:

ΔH = [(-393.5 kJ/mol) + (-285.8 kJ/mol) + (0 kJ/mol)] - [(+53.14 kJ/mol) + 2.5 * 0 kJ/mol]

ΔH = [-679.3 kJ/mol] - [53.14 kJ/mol]

ΔH = -626.16 kJ/mol

Таким образом, при сгорании 4,6 г метилгидразина выделится около 626,16 кДж теплоты.

Для решения второй задачи о направлении самопроизвольного протекания реакции, нужно определить изменение свободной энергии (ΔG) реакции. Это можно сделать с помощью уравнения Гиббса-Гельмгольца:

ΔG = ΔH - T * ΔS

где ΔH - изменение энтальпии, ΔS - изменение энтропии, T - температура в Кельвинах.

Подставим значения из условия:

ΔG = (-45.94 kJ/mol) - (298.15 K * [(192.66 J/molK) + (186.79 J/molK) - (95.81 J/mol*K)])

ΔG = -45.94 kJ/mol - (298.15 K * [283.64 J/mol*K])

ΔG = -45.94 kJ/mol - 84.63 kJ/mol

ΔG = -130.57 kJ/mol

Так как ΔG отрицательно, это означает, что реакция происходит самопроизвольно в стандартных условиях (т.е. при температуре 298.15 K и давлении 1 атмосфера).