Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодняшнюю статью я хочу посвятить олимпиадным задачам по физхимии, конкретнее - по термодинамике. В книге В.В.Еремина " Теоретическая и математическая химия для школьников. Подготовка к химическим олимпиадам" (М:МНЦМО, 2007.-392 с) выделены следующие блоки задач по термодинамике:
1. Тепловые эффекты химических реакций
2.Второй закон термодинамики
3.Фазовое равновесие и фазовые переходы
4.Химическое равновесие
5.Распределения по энергии и скорости
6.Электрохимические цепи
7.Термодинамические свойства растворов.
Если проанализировать содержание олимпиадных заданий разного уровня за последние 10 лет, то можно увидеть, что больше всего представлены задачи на тепловые эффекты.
В этой статье я рассмотрю решение некоторых задач на тепловые эффекты из вышеупомянутой книги.
Задача 1
Особенность этой задачи: в ее простоте. Она вполне может быть использована для 6-8 классов.
Решение
1.Для нахождения массы испаряемой воды используем формулу:
Q= mL, (1)
где m - масса воды, г,
L- удельная теплота испарения воды, 2260 Дж/г,
m=10^7/2260=4420 г=4,42 кг
2. Для ответа на второй вопрос используем формулу:
Q= сm(Т2-Т1),
где с- теплоемкость воды = 4183 кДж/кг*К, m=65 кг
тогда (Т2-Т1)= 10^4/(4183*65)=36,8град
Задача 2
К особенностям этой задачи я бы отнесла разные знаки тепловых эффектов рассматриваемых реакций, задаваемые словами: "выделяется " и "необходимо". В остальном задача - вполне типовая.
Решение
1. Составим термохимические уравнения реaкций:
а)составим пропорцию:
при окислении 3,6 г С выделяется 33,18 кДж
при окислении 2*12 г С выделяется Q1 кДж, откуда Q1=221,2 кДж
термохимическое уравнение окисления СО:
2 С+О2 =2СО +221,2 кДж (1)
б)составим пропорцию:
при восстановлении 32 г Fe2O3 затрачивается 97,96 кДж
при восстановлении 160 г Fe2O3 затрачивается Q2 кДж, откуда Q2=489,8кДж
термохимическое уравнение восстановления Fe2O3:
Fe2O3+3C = 2Fe+3CO - 489,8 кДж (2)
2.Выразим тепловые эффекты через закон Гесса:
а)221,2=2Qобр(СО), откуда Qобр(СО)=110,6кДж/моль
-489,8=3Qобр(СО)-Qобр(Fe2O3),
откуда Qобр(Fe2O3)=3Qобр(СО)+489,8=3*110,6+489,8=821,6 кДж/моль
3.Выразим Qобр через энтальпию:
Задача 3.
Особенности этой задачи :
- нужно учитывать, что при разрыве связи энергия поглощается
- при расчете длины волны используем уравнение Планка, в которое входит энергия связи для одной молекулы
Решение.
1. Составим термохимическое уравнение диссоциации СО:
СО = С+О -1076 кДж
2. Найдем энергию связи для одной молекулы:
Е св =1,076*10^6/(6,02*10^23)= 1,79*10^(-18) Дж
3. Уравнение Планка: Е св=hc/l, где h= 6,626*10^(-34) Дж.с, с- скорость света в вакууме= 3*10^8 м/с, l- длина волны, м, откуда
l=hc/Е св=(1*10^9 )*(6,626*10^(-34))*(3*10^8)/(1,79*10^(-18))=111,1нм
Задача 4.
Особенность задачи :
в термохимическом уравнении (1) указываем тепловой эффект, который, как известно, противоположен по знаку энтальпии образования,
в термохимических уравнениях (2 и 3) тепловой эффект отрицателен, так как при разрыве связи энергия поглощается,
в термохимическом уравнении (4) тепловой эффект положителен, так как при образовании связи энергия выделяется.
Решение
1. Составим термохимические уравнения упоминаемых в условии процессов:
0,5N2+1,5H2=NH3-46 кДж (1)
N2=2N -945 кДж(2)
Н2=2Н-436 кДж(3)
N+3Н = NH3 +3Qx(4), где Qx- энергия связи N-H
2. К уравнению 1 можно прийти через уравнения 2-4, выполнив следующие преобразования:
0,5*(2)+1,5*(3)+1*(4)=(1) (5)
Проверим это утверждение , проведя преобразования с левыми и правыми частями соответствующих уравнений:
0,5N2+1,5H2+N+3Н=0,5*2N+1,5*2Н+NH3
Сократив , получаем :0,5N2+1,5H2=NH3.
т.о., преобразование 5 - верно.
3. На основании закона Гесса проделаем преобразование (5) с тепловыми эффектами:
0,5*(-945)+1,5*(-436)+3Qx=(-46), откуда Qx=360 кДж/моль
Всего доброго!