Химическая термодинамика

1. Типы систем: гетерогенная, гомогенная, закрытая, открытая, изолированная.

2. Живой организм – открытая система. Особенности процессов, происходящих в открытых системах.

3. Энтропия – мера неупорядоченности системы. Микро– и макросостояние. Факторы, влияющие на изменение энтропии.

4. Свободная энергия Гиббса, DG реакции.

5. Изменение энтропии и свободной энергии в химических процессах. Термодинамический критерий возможности протекания реакции.

6. В чем различие DG и DG°?

7. Вычислите DS° реакций по табличных данным:

a) CO_(г) + O_2(г) ¾® CO_2(г);

b) SiCl_4(г) + O_2(г) ¾® SiO_2(кр) + Cl_2(г);

c) Fe₂O_3(кр) + Al_(кр)¾® Al₂O_3(кр) + Fe_(кр);

d) SiF_4(г) + H₂O_(г) ¾® SiO_2(кр) + HF_(г);

e) CaO_(кр) + CO_2(г) ¾® CaCO_3(кр);

f) CuO_(кр) + H_2(г) ¾® Cu_(кр) + H₂O_(г);

g) CH_4(г) + Cl_2(г) ¾® C_(гр) + HCl_(г);

h) HCN_(г) + O_2(г) ¾® H₂O_(г) + CO_2(г) + N_2(г);

i) TiCl_4(г) + Mg_(кр) ¾® Ti_(кр) + MgCl_2(кр);

j) SnCl_4(г) ¾® SnCl_2(кр) + Cl_2(г);

k) SnO_2(кр) ¾® SnO_(кр) + O_2(г);

l) Fe_(кр) + H₂O_(г) ¾® Fe₃O_4(кр) + H_2(г).

8. Определите DS° реакции Cu₂O_(кр) ¾® Cu_(кр) + CuO_(кр) по следующим данным:

CuO_(кр) + H_2(г) ¾® Cu_(кр) + H₂O_(г) DS°= +48,8 Дж/К

Cu₂O_(кр) + H_2(г) ¾® 2Cu_(кр) + H₂O_(г) DS°= +31,7 Дж/К.

9. Определите DS° реакции 2NO_(г) + O_2(г) ¾® N₂O_4(г) по следующим данным:

N₂O_4(г) ¾® 2NO_2(г) DS°= +176 Дж/К

NO_(г) + ¹/₂O_2(г) ¾® NO_2(г) DS°= –73 Дж/К.

10. Одним из возможных метаболических превращений глюкозы является спиртовое брожение:

Глюкоза 2C₂H₅OH_(водн.) + 2СО_2(г)

∆G⁰₂₉₈ –916,34 –181,37 –385,86 кДж/моль

Вычислите величину изменения энтропии этого процесса при 250 К, имея в виду, что ∆Н⁰₂₉₈ = –77,2 кДж/моль.

11. Простое тело элемента X реагирует с фтором, серой, кислородом, азотом, образуя соединения, в которых элемент X имеет одну и ту же степень окисления. Если исходные вещества находятся в стандартных условиях, а продукты реакций – кристаллические, то как соотносятся между собой энтропии этих реакций? Определите, для какой из них изменение энтропии наибольшее. Подтвердите правильность Ваших рассуждений каким-либо конкретным примером. Покажите, что изменится, если во всех случаях продукты реакций газообразны.

12. Вычислите DG°_T реакций при 298 и 1000 К по табличным данным для DH°_f и S°₂₉₈. Оцените температуру, при которой DG⁰_T = 0.

a) Na_(кр) + Cl_2(г) ¾® NaCl_(кр);

b) MnO_2(кр) + H_2(г) ¾® Mn_(кр) + H₂O_(г);

c) NH₄Cl_(кр) ¾® NH_3(г) + HCl_(г).

d) NO_(г) + O_2(г) ¾® NO_2(г);

e) Al_(кр) + Fe₂O_3(кр) ¾® Fe_(кр) + Al₂O_3(кр);

f) H₂O_(г) + Cl_2(г) ¾® HCl_(г) + O_2(г).

13. Не пользуясь табличными данными, определите знак DG° следующих реакций:

a) KClO_3(кр) ¾® KCl_(кр) + O_2(г) DH°<0

b) (NH₄)₂Cr₂O_7(кр) ¾® N_2(г) + H₂O_(г) + Cr₂O_3(кр) DH°<0

c) Au_(кр) + O_2(г) ¾® Au₂O_3(кр) DH°>0

d) O_2(г) + Cl_2(г) ¾® Cl₂O_7(г) DH°>0

e) KBr_(кр) + O_2(г) ¾® KBrO_(кр) DH°>0

f) CS_2(г) + O_2(г) ¾® CO_2(г) + SO_2(г) DH°<0

14. Для реакции A_(г) + 2B_2(г) ¾® AB_4(г) при 1000 К DG° = 0. Оцените DH° реакции.

15. Для реакции АТФ + Н₂О = АДФ + Н₃РО₄ при 310 К DG и DН равны соответственно –30,96 и –20,67 кДж/моль. Вычислите DG этой реакции при 277 К.

16. Установлено, что при гидролизе АТФ при 36°С и физиологических значениях рН величины DН и DG соответственно равны –20800 и –29200 Дж/моль. Вычислите изменение энтропии данного процесса. Каков смысл того, что изменение энтропии имеет положительное значение?