Расчет энтальпии и энтропии химической реакции для определения возможности самопроизвольного протекания процесса

Энтальпия образования озона из кислорода

Задача 3.
Исходя из энтальпий реакций окисления Аs₂О₃  кислородом и озоном:
Аs₂О₃  + О₂ = Аs₂О₅;  ∆Н⁰₂₉₈х.р. = -271 кДж/моль; 
3Аs₂О₃  + 2О₃ = 3Аs₂О₅;  ∆Н⁰₂₉₈х.р. = -1096 кДж/моль.
Вычислите энтальпию образования озона из кислорода.
Решение:
Для решения задачи запишем оба уравнения  реакций, умножим первое на третье и вычтем  из него второе.
3Аs₂О3 + 3О2 = 3Аs₂О₅;     3∆Н⁰₂₉₈х.р. = 3^.(-271 кДж/моль); 
3Аs₂О₃  + 2О₃ = 3Аs₂О₅;  ∆Н⁰₂₉₈х.р.. = -1096 кДж/моль;
3Аs₂О₃ + 3О₂ – (3Аs₂О₃  + 2О₃) = 3Аs₂О₅ — 3Аs₂О_5;  3∆Н⁰₂₉₈х.р. — ∆Н⁰₂₉₈х.р.;
3О₂ = 2О₃;  3^.(-271 кДж/моль) — (-1096 кДж/моль) = -813 + 1096 = 283 кДж/моль.
Энтальпия образования озона из кислорода равна +283 кДж/моль.

Возможность самопроизвольного протекания реакции при стандартных условиях

Задача 4.
Используя стандартные значения энтальпии и энтропии  веществ, участвующих в следующей реакции:
Сu₂О(к) + 1/2О₂(г) = 2СuО(к), определите в результате расчета ∆G⁰₂₉₈х.р. возможность самопроизвольного протекания вышеназванной реакции при стандартных условиях.
Решение:
В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1840 г.): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.
В термохимических расчетах применяют чаще следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции (∆Hх.р) равен сумме энтальпий образования? Hобр продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

Сu₂О(к) + 1/2О₂(г) = 2СuО(к);
∆Нх.р. = 2∆Н(СuО(к) — ∆Н(Сu₂О(к) — 1/2∆Н(О₂(г); т.к. ∆Н для простых веществ равна 0, то выражение принимает вид:
∆Нх.р. = 2∆Н(СuО(к)) — ∆Н(Сu2О(к);
∆Нх.р = 2^.(-165,3) – (-167,36) = -163,24 кДж/моль= -163,24 ^. 10³Дж/моль.

Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (∆S) зависит только от начального (S₁) и конечного (S₂)состояния и не зависит от пути процесса:

∆Sх.р. = 2∆S(СuО(к)) — ∆S(Сu₂О(к) — 1/2∆S(О₂(г) = 2 ^. 42,64 — 93,93 — 1/2 ^. 205,04 =
=  -111,17 Дж/моль^.К

∆G, можно найти из соотношения:

∆G = ∆H – T∆S.

Необходимо рассчитать возможность самопроизвольного протекания реакции при стандартных условиях (Т=298), получим:

∆G = (-163,24 ^. 10³)  — 298(-111,17) =  (-163,24 ^. 10³)  + (33,13 ^. 10³)  =  -130.92 кДж.   

∆G  < 0, следовательно -реакция может протекать самопроизвольно.