Энтропия, энтальпия и энергия Гиббса реакций. Задачи 55 — 60

Вычисление значений энтальпии, энтропии и энергии Гиббса химических реакций

 

Изменение энтропии для химических процессов

 

Задача 55.
Вычислите изменение энтропии для химических процессов, протекающих по уравнениям:
a) 2NO(г) +  O2(г) = 2NO2(г);
б) 2H2S(г) + 3O2(г) = 2SO2(г) + 2H2O(ж).
Решение:
Согласно 3-му следствию из закона Гесса, изменение энтропии химического процесса (ΔS°) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°(х.р.)= ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

a) 2NO(г) +  O2(г) = 2NO2(г)
Для этой реакции составaим уравнение расчета изменения энтропии в стандартных условиях: 

ΔS° = [2 · S°NO2(г)] – [2 · S°NO(г) + S°O2(г)].

По табличным данным установим значения энтропий (S°) участников процесса (Дж/моль·К):

Видео:Энергия ГиббсаСкачать

Энергия Гиббса

S°NO2(г) = 240,2; S°NO(г) = 210,6; S°O2(г) = 205,0.

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

ΔS° = (2 · 240,2) – [(2 · 210,6) + 205,0] = -145,8 Дж/(моль·К).

Заметим при этом, что отрицательное значение изменения энтропии (убывание энтропии) свидетельствует о невозможности осуществления указанного процесса самопроизвольно в стандартных условиях.

б) 2H2S(г) + 3O2(г) = 2SO2(г) + 2H2O(ж).
Для этой реакции составим уравнение расчета изменения энтропии в стандартных условиях: 

ΔS° = [2 · S0SO2(г) + 2 · S0H2O(ж)] – [2 · S0H2S(г) + 3S°O2(г)].

По табличным данным установим значения энтропий (S0) участников процесса (Дж/моль·К):

S°SO2(г) = 248,1; S°H2O(ж) = 70,1; S°H2S(г) = 205,7; S°O2(г) = 205,0.

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

Видео:Внутренняя энергия и энтальпия. Расчет энтальпии. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Внутренняя энергия и энтальпия. Расчет энтальпии. Практическая часть. 10 класс.

ΔS° = [(2 · 248,1) + (2 .70,1)] – [(2 · 205,7) + (3 · 205,0)] = -390,0 Дж/(моль·К).

Таким образом, отрицательное значение изменения энтропии (убывание энтропии) свидетельствует о невозможности осуществления указанного процесса самопроизвольно в стандартных условиях.


Вычисление энтальпии реакции

 

Задача 56.
Экспериментально установлено, что при взаимодействии 2,3 г натрия с водой выделяется 14,0 кДж теплоты. Вычислите энтальпию реакции.
Решение:
m(NaOH) = 2,3 г;
М(NaOH) = 46 г/моль;
Q = 14,0 кДж.
Уравнение реакции:

 2,3 г                                          14,0 кДж
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2;   ΔH = ?
2* 43 г
Вычисляем энтальпию реакции из пропорции, получим:

2,3 г  —   14,0 кДж
46 г —-   х кДж
х = (46 14)/2,3 = 280 кДж.
ΔH = 280 кДж.

Можно проверить, используя табличные данные и следствие из закона Гесса, получим:

∆H°(Н2О) = -285,8 кДж;
∆H°(NaOH) = -425,6 кДж.
∆H° = [2∆H°(NaOH) — 2∆H°(Н2О)] = 2(-425,6) — 2(-285,8) = 280 кДж.
 


Задача 57.
1. Определить энтальпию образования CaHPO4(к), если термохимическое уравнение реакции имеет вид:
2Ca(OH)2(к) + P2O5(к) = 2CaHPO4(к) + H2O(г); ∆H = –1587 кДж.
Решение:
∆H°Cа(OН)2(к) = -985,1 кДж/моль;
∆H°Р2О5(к) = -1507,2 кДж/моль; 
∆H°Н2О(г) = -241,81 кДж/моль;
∆H°CаНРО4(к) = ?
Согласно 2-му следствию из закона Гесса, изменение энтальпии химического процесса (ΔН°) определяется как разность сумм энттльпий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.  Расчет энтальпии реакции получим:

∆Н(х.р.) = ∑∆Н(обр.прод.) — ∑∆Н(обр.исх.).

Видео:Свободная энергия Гиббса. 10 класс.Скачать

Свободная энергия Гиббса. 10 класс.

Тогда

∆H° = [2∆H°CаНРО4(к) + ∆H°Н2О(г)] — 2[∆H°Cа(OН)2(к) + ∆H°Р2О5(к)];
∆H° = [2x + ∆H°Н2О(г)] — 2[∆H°Cа(OН)2(к) + ∆H°Р2О5(к)];
–1587 = 2х + (-241,81) + [2(-985,1) + 1507,2];
–1587 = 2х + 3235,59;
х = -23713 кДж/моль.

Ответ: ∆H°CаНРО4(к) = -23713 кДж/моль.

Р.S. Слишком большое расхождение с табличными данными (-1808,6 кДж/моль) указывает на то, что ∆H° = –1587 кДж, указанное значение в условии задачи, иное (-381,6 кДж/моль).


Определение температуры наступления равновесия реакции

Задача 58. 
При какой температуре наступит равновесие системы: CO(г) + 2H2(г) = CH3OH(ж)?
Решение:
∆H°CO(г) = -110,52 кДж/моль;
∆H°CH3OH(ж) = -238,9 кДж/моль;
S°(СО) = 197,55 Дж/моль . К;
S°(Н2) = 130,52 Дж/моль . К;
S°(СН3ОН) = 126,78 Дж/моль . К.
1. Находим ∆H°х.р. для данной системы.
Согласно 2-му следствию из закона Гесса, изменение энтропии химического процесса (ΔН°) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆H°х.р. = ∑∆H°(прод.) — ∑∆H°(исходн.).

Тогда

∆H°х.р. = ∆H°CH3OH(ж) – [∆H°CO(г) + ∆H°H2(г)];
∆H°х.р. = -238,9 – (-110,52)  + 0,0 = -128,38 кДж/моль.

2. Находим ∆S°х.р. для данной системы
Согласно 3-му следствию из закона Гесса, изменение энтропии химического процесса (ΔS°) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°(х.р.)= ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

Видео:Свободная энергия Гиббса и самопроизвольные реакции (видео 8) | Энергия| БиологияСкачать

Свободная энергия Гиббса и самопроизвольные реакции (видео 8) | Энергия| Биология

Тогда

∆S°х.р. = S°CH3OH — S°CO – S°H2;
∆S°х.р. = 129,78 – 197,55 – 130,52 = 
= -331,81 Дж/(моль . К) = -0,33181 кДж/(моль . К).

3. Находим температуру равновесия системы
Для расчета температуры равновесия системы используем формулу: ∆G° = ∆H° — T∆S°.
В состоянии равновесия системы ∆G° = 0.
В этом случае — 0 = ∆H° — T∆S°.

Тогда

∆H° = T∆S°

Отсюда

Т = ∆H/∆S° = -128,38 кДж/моль/-0,33181 кДж/(моль . К) =
= 386,9 К.

Ответ: равновесие системы наступит при 386,9 К.
 


Определение направления химической реакции

Задача 59.   
Дано уравнение: Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe. Вычислить тепловой эффект реакции, изменение стандартной энергии Гиббса при температуре 25 °С. В каком направлении будет протекать данная реакция?
Решение:
∆H°Fe2O3(к) = -822 кДж/моль;
∆H°Аl2O3(к) = -1675,7 кДж/моль;
S°Fe2O3(к) = 87 Дж/(моль . K);
S°Al2O3(к) = 50,9 Дж/(моль . K);
S°Fe(к) = 164,4 Дж/(моль . K);
S°Al(к) = 27,15 Дж/(моль . K).

Видео:Решение задач на вычисление энергии Гиббса. 1 часть. 10 класс.Скачать

Решение задач на вычисление энергии Гиббса. 1 часть. 10 класс.

1. Расчет энтальпии реакции получим:
∆Н(х.р.) = ∑∆Н(обр.прод.) — ∑∆Н(обр.исх.);
∆Н(х.р.) = [∆Н°Al2O3(к)] – [∆Н°Fe2O3(к)];
∆Н(х.р.) = (-1675,7) — [-822] = –853,7 кДж.

2. Расчет энтропии реакции получим:
∆S°(х.р.)= ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.);
∆S°(х.р.) = [S°Al2O3(к) + S°Fe(к)] — [S°Fe2O3(к) + S°Al(к)];
∆S°(х.р.) = (50,9 + 164,4) – (87 + 27,15) = 101,15 Дж/(моль·К) = 0,10115 Дж/(моль·К).

Переведем температуру из шкалы Цельсия в шкалу Кельвина: Т = 273 + 25 = 298 К. Для расчета ∆G°(298) воспользуемся уравнением:

∆G°(298) = ∆H° – T∆S°;
∆G°(298) = –853,7 – 298·(0,10115) = -883,8427 кДж.

Таким образом,∆G°(500) < 0, поэтому самопроизвольное протекание данного процесса при 25 °С возможно, то данная реакция может протекать в стандартных условиях.

Ответ: ∆Н(х.р.) = –853,7 кДж; ∆G°(298) = -883,8427 кДж.


Расчет энергии Гиббса реакции образования беспорядочного клубка лизин

Задача 60.
В отсутствии денатурирующих агентов константа равновесия Кр реакции образования беспорядочного клубка лизина при 298 К и рН = 7 равна 7,8. Рассчитать ∆G°298 и оценить биологический аспект полученной величины.
Решение:
Рассчитаем ∆G°298 из формулы ∆G° = –RTlnK, получим:

∆rG°298 = –RTlnK = -[8,314 Дж/(моль . К) . 298 K . ln7,8] = -(8,314 . 298 . ln7,8) = -(8,314 . 298 . 2,054) = -5089 Дж/моль.

Так как ∆G° имеет отрицательное значение, (∆G° < 0), то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении. Значит, реакция образования беспорядочного клубка лизина будет происходить при 298 К и рН = 7.  

Если ∆G° равно нулю (∆G° = 0), то реакция находится в равновесном состоянии.
Если ∆G° положительно (∆G° > 0), то реакция протекать самопроизвольно в прямом направлении не может. Однако обратная реакция идет самопроизвольно.


 

💡 Видео

Энергия Гиббса. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Энергия Гиббса. Практическая часть. 10 класс.

Термодинамика. Решение задач. Энтальпия, энтропия, энергия ГиббсаСкачать

Термодинамика. Решение задач. Энтальпия, энтропия, энергия Гиббса

Энтропия. 10 класс.Скачать

Энтропия. 10 класс.

Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^Скачать

Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^

Энтальпия реакции. Решение задачи.Скачать

Энтальпия реакции. Решение задачи.

Внутренняя энергия и энтальпия. 10 класс.Скачать

Внутренняя энергия и энтальпия. 10 класс.

Что такое Энтропия?Скачать

Что такое Энтропия?

Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)Скачать

Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)

2 4 Свободная энергия ГиббсаСкачать

2 4  Свободная энергия Гиббса

ФИЗХА 10-11 класс | Химическое равновесие, энергия Гиббса | Олимпиадные задачи по химииСкачать

ФИЗХА 10-11 класс | Химическое равновесие, энергия Гиббса | Олимпиадные задачи по химии

Решение задач на вычисление энергии Гиббса. 2 часть. 10 класс.Скачать

Решение задач на вычисление энергии Гиббса. 2 часть. 10 класс.

Закон Гесса. 10 класс.Скачать

Закон Гесса. 10 класс.

Химическая термодинамикаСкачать

Химическая термодинамика

Решение задач на первое начало термодинамики. ТермохимияСкачать

Решение задач на первое начало термодинамики. Термохимия

Энтропия и энергия гиббсаСкачать

Энтропия и энергия гиббса
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии