Энергетика химических реакций. Задачи для защиты модуля 2 по курсу химии

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 
 
 
 
 
 
 
 
ЭНЕРГЕТИКА 
ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 
 

ЗАДАЧИ  ДЛЯ ЗАЩИТЫ МОДУЛЯ 2  
ПО КУРСУ ХИМИИ 
 
 
Методические указания 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
М о с к в а  
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 1 3  

УДК 946.04 
ББК 24.12 
        Э65 
 
 
Авторы: 
Л.Е. Слынько, В.И. Ермолаева, О.И. Романко, М.Б. Степанов 
 
Рецензент  Г.Н. Фадеев 

 

      Энергетика химических реакций. Задачи для защиты модуля 
2 по курсу химии : метод. указания / [Л.Е. Слынько и др.] 
— М. : Изд-во МГТУ им. Н.  Э. Баумана, 2013. — 18, [6] с. : ил.  

ISBN 978-5-7038-3661-3  

Приведены типовые задачи по темам «Первый закон термодинамики», «
Второй закон термодинамики», «Химическое равновесие», «
Кинетика гомогенных и гетерогенных химических реакций», 
предназначенные для контроля знаний студентов по указанным темам 
модуля 2 курса химии в техническом университете.  
Для студентов первого и второго курсов всех специальностей 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих химию по программе бака-
лавриата. 
Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научно-учебного 
комплекса «Фундаментальные науки» МГТУ им. Н.Э. Баумана.  
 
 
 
 
 УДК 946.04 
  ББК 24.12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3661-3                                           © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 

Э65 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В связи с переходом технических университетов на блочно-
модульную организацию учебного процесса с рейтинговой системой 
оценки знаний усилилась роль текущего контроля, проводимого 
для выяснения степени усвоения студентами отдельных тем 
пройденного материала. 
В семестре предусмотрено проведение двух-трех контрольных 
мероприятий, во время которых студент должен подтвердить свое 
умение решать расчетные и логические задачи. 
Цель методических указаний — обеспечить единство требований 
преподавателя к студенту.  
Достаточно большой набор вопросов и задач дает возможность 
преподавателю составить необходимое число вариантов с 
неповторяющимися задачами, что позволит объективно оценить 
уровень знаний студентов.  
 
 
 

1. ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ  
И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ 

Термодинамические данные, необходимые для решения задач 
этого раздела, приведены в приложении.  

1.1. Первый закон термодинамики 

В задачах 1–24 вычислите стандартный тепловой эффект реакции 
при следующих видах ее проведения: 
а) изобарном — 
0
298;
rH

 б) изохорном — 
0
298
rU

 
 

Номер 
задачи 
Уравнение реакции 
Номер 
задачи
Уравнение реакции 

1 
H2O(г) + CO(г) = CO2(г) + H2(г)
13 
Fe(т) + H2O(г) = FeO(к) + H2(г) 

2 
CH4(г) + H2O(г) = CO(г) + 3H2(г)
14 
2CO2(г) = 2CO(г) + O2(г)

3 
Fe2O3(к)+Mg(к)=2Fe(к)+MgO(к)
15 
Fe2O3(к) + CO(г) = 2FeO(к) + CO2(г) 

4 
MnO(к) + H2(г) = Mn( к) + H2O(г) 
16 
PbO(к) + CO(г) = Pb(к) + CO2(г) 

6 
Fe3O4(к) + 4H2(г) = Fe(к) + 4H2O(г)
18 
FeO(к) + Mn(к) = MnO(к) + Fe(к) 

7 
S(к) + 2N2O(г) = SO2(г) + 2N2(г)
19 
2FeO(т) + Si(т) = 2Fe(т) + SiO2(т) 

8 
H2S(г) + Cl2(г) = 2HCl(г) + S(к)
20 
FeO + C(графит) = Fe + CO 

9 
CO(г) + H2O(г) = CO2(г) + H2(г) 
21 
3Fe2O3(к) + H2(г) = 2Fe3O4(к) + 
+ H2O(г)

10 
Fe2O3(к) + 3CO(г) = 2Fe(к) + 
+ 3CO2(г) 
22 
GeO2(к) + 2Cl2(г) + 2C(к) = 
= GeCl4(г) + 2CO(г)

11 
2PbS(к) + 3O2(г) = 2PbO(к) + 
+ 2SO2(г) 
23 
CH4(г) + H2O(г) = CO(г) + 3H2(г) 

12 
CaCO3(к) = CaO(к) + CO2(г)
24 
WO3(г) + 3H2(г) = W(к) + 3H2O(г) 

В задачах 25–34 по заданным термохимическим уравнениям 
рассчитайте стандартную энтальпию образования указанного вещества 
из простых веществ по уравнению 

 
xЭ1 + yЭ2 = ЭxЭy 

 

Номер 
задачи 
Термохимические уравнения реакций, 
0
298, ,
r
i
H

 кДж/моль 
Вещество 

25 
(I) 4As(к) + 3O2(г) = 2As2O3(к); 
0
I
rH

 = –1328;  

(II) As2O3(к) + O2(г) = As2O5(к); 
0
II
rH

 = –261  
As2O5(к) 

26 
(I) 2As(к) + 3F2(г) = 2AsF3(г); 
0
I
rH

 = –1842;  

(II) AsF5(г) = AsF3(г) + F2(г); 
0
II
rH

 = +317  
AsF5(г) 

27 
(I) Zr(к) + ZrCl4(г) = 2ZrCl2(г); 
0
I
rH

 = +215;  

(II) Zr(к) + 2Cl2(г) = ZrCl4(г); 
0
I
rH

 = +867 
ZrCl2(г) 

28 
(I) CuCl2(к) + Cu(к) = 2CuCl(к); 
0
I
rH

 = –56;  

(II) Cu(к) + Cl2(к) = СuCl2(к); 
0
II
rH

 = –216  
CuCl(к) 

29 
(I) Ir(к) + 2S(г) = IrS2(т); 
0
I
rH

 = –144;  

(II) 2IrS2(к) = Ir2S3(к) + S(к); 
0
II
rH

 = +43  
Ir2S3(к) 

30 
(I) 2С(к) + O2(г) = 2СO(г); 
0
I
rH

 = –220;  

(II) СO(г) + F2(г) = COF2(г); 
0
II
rH

 = –525 
COF2 

31 
(I) 2Сr(к) + 3F2(г) = 2СrF3(к); 
0
I
rH

 = –2224;  

(II) 2СrF3(к) + Cr(к) = 3CrF2(к); 
0
II
rH

 = –38  
CrF2(к) 

32 
(I) 2Pb(к) + O2(г) = 2PbO(к); 
0
I
rH

 = –438;  

(II) 2PbO2(к) = 2PbO(к) + O2(г); 
0
II
rH

 = +116 
PbO2(к) 

33 
(I) 2P(к) + 3Cl2(г) = 2PCl3(г); 
0
I
H
r

 = –574; 

(II) PCl5(г) = PCl3(г) + Cl2(г); 
0
II
rH

 = +88  
PCl5 

34 
(I) 2ClF5(г) = Cl2F6(г) + 2F2(г); 
0
I
rH

 = +152; 

(II) Сl2(г) + 5F2(г) = 2ClF5(г); 
0
II
rH

 = –478  
Cl2F6 

1.2. Второй закон термодинамики.  
Химическое равновесие 

В задачах 35–45 рассчитайте стандартную энергию Гиббса 

0
298
rG

 при заданной температуре, укажите, в каком направлении 
(прямом или обратном) реакция протекает самопроизвольно. Оцените 
вклад энтальпийного и энтропийного факторов в значение 
0
298.
rG

 
 

Номер 
задачи  
Уравнение реакции 
Т, K 

35 
2H2(г) + CO(г) ↔ CH3OH(ж)
400 

36 
4HCl(г) + O2(г) ↔ 2H2O(г) + 2Cl2(г)
700 

37 
2N2(г) + 6H2O(г) ↔ 4NH3(г) + 3O2(г)
1300 

38 
4NO(г) + 6H2O(г) ↔ 4NH3(г) + 5O2(г)
1000 

39 
2NO2(г) ↔ 2NO(г) + O2(г)
700 

40 
N2O4(г) ↔ 2NO2(г)
400 

41 
S2(г) + 4H2O(г) ↔ 2SO2(г) + 4H2(г)
1000 

42 
S2(г) + 4CO2(г) ↔ 2SO2(г) + 4CO(г)
900 

43 
2SO2(г) + O2(г) ↔ 2SO3(г)
700 

44 
CO(г) + 3H2(г) ↔ CH4(г) + H2O(г)
1000 

45 
4CO(г) +2SO2(г) ↔ S2(г) + 4CO2(г)
900 

 
В задачах 46–56 определите температуру, при которой равновероятно 
как прямое, так и обратное протекание реакции. Объясните, 
как нужно изменить температуру и давление, чтобы реакция 
протекала преимущественно в прямом направлении. 
 

Номер 
задачи  
Уравнение реакции 

46 
FeO(к) + CO(г) ↔ Fe(к) + CO2(г)

47 
WO3(к) + 3H2(г) ↔ W(к) + 3H2O(г)

48 
NH4Cl(к) ↔ NH3(г) + HCl(г) 

49 
Mg(OH)2(к) ↔ MgO(к) + H2O(г)

 

Номер 
задачи  
Уравнение реакции 

50 
H2O(г) + C(графит) ↔ CO(г) + H2(г)

51 
PbO2(к) + C(графит) ↔ Pb(к)+ CO2(г)

52 
MnO2(к) + 2H2 ↔ Mn(к) + 2H2O(г)

53 
3Fe(к)+ 4H2O(г) ↔ Fe3O4(к) + 4H2(г)

54 
C6H6(г) + 3H2(г) ↔ C6H12(г)

55 
Ni(OH)2(к) ↔ NiO(к) + H2O(г)

56 
2CrCl3(к) ↔ 2CrCl2(к) + Cl2(г)

 
В задачах 57–67 для газофазной реакции А + В ↔ D + F рассчитайте 
константу равновесия 
0
p
K  при заданной температуре и 
равновесный состав системы при этой температуре, если известны 
значения 
0
r
T
G

 и начальные концентрации реагирующих веществ 
С0.  
 

Номер 
задачи 

0
r
T
G

, 
кДж/моль 
Т, K 
Начальные концентрации реагирующих 
 веществ, моль/л  

С0,A
С0,B
С0,D
С0,F 

57 
–20,8 
1000 
1,0 
1,0 
0,0 
0,0 

58 
–12,5 
500 
1,0 
1,0 
   0,02 
    0,02 

59 
–18,4 
1300 
2,0 
1,0 
0,0 
0,0 

60 
–11,8 
1250 
2,0 
2,0 
     0,05 
    0,05 

61 
–24,2 
850 
2,0 
3,0 
0,0 
0,0 

62 
–19,5 
970 
1,8 
2,0 
0,0 
0,0 

63 
–10,7 
1500 
2,5 
3,0 
     0,04 
    0,04 

64 
–13,1 
600 
1,0 
1,0 
0,0 
0,0 

65 
–21,2 
1000 
2,0 
2,0 
0,0 
0,0 

66 
–8,9 
800 
1,0 
1,0 
     0,01 
    0,01 

67 
–7,6 
400 
0,8 
0,8 
0,0 
0,0 

В задачах 68–91 рассчитайте стандартное изменение энергии 
Гиббса 
0
r
T
G

 и константу равновесия 
0
p
K
 при заданной темпера-

туре T. Укажите, в каком направлении протекает реакция при данной 
температуре, и обозначьте направление смещения равновесия 
при увеличении температуры. При обосновании выбора направления 
смещения равновесия используйте уравнение изобары химической 
реакции.  
 
Номер 
задачи 
Уравнение реакции 
Т, K 

68 
4HCl(г) + O2(г) → 2H2O(г)+ 2Cl2(г) 
750 

69 
2N2(г) + 6H2O(г) → 4NH3(г) + 3O2(г) 
1300 

70 
4NO(г) + 6H2O(г) → 4NH3(г)+ 5O2(г) 
1000 

71 
2NO2(г) → 2NO(г) + O2(г) 
700 

72 
N2O4(г) → 2NO2(г) 
400 

73 
S2(г) + 4H2O(г) → 2SO2(г) + 4H2(г) 
1000 

74 
S2(г) + 4CO2(г) → 2SO2(г) + 4CO(г) 
900 

75 
2SO2(г) + O2(г) → 2SO3(г) 
700 

76 
CO2(г) + H2(г) → CO(г) + H2O(г) 
1200 

77 
SO2(г) + Cl2(г) → SO2Cl2(г) 
400 

78 
CO(г) + 3H2(г) → CH4(г) + H2O(г) 
1000 

79 
4CO(г) + SO2(г) → S2(г) + 4CO2(г) 
900 

80 
C2H5OH(г) → C2H4(г) + H2O(г) 
400 

81 
FeO(к) + CO(г) → Fe(к) + CO2(г) 
1000 

82 
WO3(к) + 3H2(г) → W(к) + 2H2O(г) 
2000 

83 
NH4Cl(к) → NH3 + HCl 
500 

84 
Mg(OH)2(к) → MgO(к) + H2O(г) 
500 

85 
H2O(г) + C(графит) → CO(г) + H2(г) 
1000 

86 
PbO2(к) + C(графит) → Pb(к) + CO2(г) 
1000 

87 
MnO2(к) + 2H2 → Mn(к) + 2H2O(г) 
1000 

88 
3Fe(к) + 4H2O(г) → Fe3O4(к) + 4H2(г) 
1000 

89 
C6H6(г) + 3H2(г) → C6H12(г) 
600 

90 
Ni(OH)2(к) → NiO(к) + H2O(г) 
500 

91 
2CrCl3(к) → 2CrCl2(к) + Cl2(г) 
500 

В задачах 92–115 определите, при какой температуре в системе 
устанавливается химическое равновесие, укажите, используя 
уравнение изобары химической реакции, в каком направлении 
протекает реакция при температуре, отличающейся от равновесной 
в большую или меньшую сторону.  
 

Номер 
задачи 
Уравнение реакции 

92 
CH4(г) + CO2(г) ↔  CH3COOH(ж) 

93 
2H2(г) + CO2(г) ↔ HCOH(ж) + H2O(ж)

94 
CO2(г) + H2(г) ↔ HCOOH(ж)

95 
2SO2(г) + O2(г) ↔ 2SO3(г)

96 
CO(г) + 2H2(г) ↔ CH3OH(г) 

97 
Ca(OH)2(к) ↔ CaO(к) + H2O(г)

98 
CaCO3(к) ↔ CaO(к) + CO2(г)

99 
NH4Cl(к) ↔ NH3(г) + HCl(г) 

100 
H2(г) + Cl2(г) ↔ 2HCl(г)

101 
O2(г) ↔ 2O(г) 

102 
CO2(г) + H2(г) ↔ CO(г) +H2O(г) 

103 
2CO(г) + O2(г) ↔ 2CO2(г)

104 
2H2(г) + O2(г) ↔ 2H2O(г)

105 
N2(г) ↔ 2N(г)

106 
2NO(г) ↔ N2(г) + O2(г)

107 
CH4(г) + H2O(г) ↔ CO(г) + 3H2(г)

108 
CH4(г) + CO2(г) ↔ 2CO(г) + 2H2(г)

109 
2CH4(г) ↔ C2H2(г) + 3H2(г)

110 
F2(г) ↔ 2F(г)

111 
Cl2(г) ↔ 2Cl(г)

112 
HCl(г) ↔ H(г) + Cl(г)

113 
HF(г) ↔ H(г) + F(г)

114 
2HCl(г) + F2(г) ↔ 2HF(г) + Cl2(г)

115 
C2H6(г) ↔ C2H2(г) + 2H2(г)

В задачах 116–135 для гомогенной реакции А + В = С + D рассчитайте 
константу равновесия при температуре Т и равновесный 
состав системы при этой температуре, если известны значения энергии 
Гиббса 
0
r
T
G

 и начальные концентрации исходных веществ С0 
(концентрация продуктов в начальный момент равна нулю). 
 

Номер 
задачи 
Т, K 

0
r
T
G

, 
кДж/моль 

С0, моль/л 

А 
В 

116 
400 
– 14,1 
1 
1 

117 
800 
– 13,8 
1 
2 

118 
400 
– 7,5 
1 
1 

119 
800 
– 6,7 
1 
2 

120 
600 
– 6,0 
1 
1 

121 
1000 
– 20,5 
2 
1 

122 
600 
– 25,4 
2 
1 

123 
800 
– 28,5 
3 
1 

124 
700 
–1,6 
1 
1 

125 
1000 
–18,5 
3 
1 

126 
800 
–8,5 
2 
2 

127 
600 
–9,2 
1 
2 

128 
400 
–10,1 
1 
1 

129 
1000 
–5,7 
1 
1 

130 
800 
–3,6 
1 
1 

131 
600 
–1,6 
1 
1 

132 
900 
–23,0 
2 
1 

133 
500 
–7,0 
1 
2 

134 
1100 
–16,9 
2 
2 

135 
400 
–12,6 
1 
3 

 
В задачах 136–155 для данной газофазной реакции А + В ↔ С + 
+ D рассчитайте температуру, при которой наступает равновесие. 
Определите равновесный состав системы при этой температуре