Вычисление энергии Гиббса, энтропии, энтальпии и температуры химической реакции

Видео:Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать

 Возможность протекания реакции при заданной температуре

Задание 115.

На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите   реакции, протекающей по уравнению

СО (г) + 3Н₂ (г) = СН₄ (г) + Н₂О (г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: —142,16 кДж.
Решение:
Уравнение процесса: 

СО (г) + 3Н₂ (г) = СН4 (г) + Н₂О (г)

Значения  и   находим из соотношений:

Значения    и   находим из специальных таблиц, получим. Учитываем, что   простых веществ принято равным нулю, получим:

 =  (СН₄) + (Н₂О) –   (СО)];
 = -74,82 + (241,83) – (110,52) =  -206,16 кДж;
= S⁰ (СН₄) +  S⁰(H₂O)  – [S⁰ (СО) + 3S⁰ (Н2)];
= (186,19 + 188,72) – [197,91 + 3(130,59)] = -214,77 Дж/моль ^. К.

 Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

 = — T;
 = -206,16   – 298(-0,21477) = -142,16 кДж.

То, что  < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

Ответ:  -142,16 кДж.

 Задание 116.
Вычислите  ,  и    реакции, протекающей по уравнению:

ТiО₂ (к) + 2С (к) = Тi (к) + 2СО (г)
Возможна ли реакция восстановления ТiО₂ углеродом при 1000 и 3000 К? Ответ: +722,86 кДж; 364,84 Дж/моль . К; +358,02 кДж; -371,66 кДж.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

ТiО₂ (к) + 2С (к) = Тi (к) + 2СО (г)

Значения   и   находим из соотношений:

Значения    и   находим из специальных таблиц, получим:

  = 2 (СО) – ( (ТiO₂);
  = 2(-110,52) — (-943,9)] = +722,86 кДж;

  = 2S⁰ (CО) +  S⁰(Ti) – [S⁰ (TiO₂) + 2S⁰ (C)];
  = (2 .197,91) + 30,7.) – (50,3 + 2 . 5,69) = -364,84 Дж/моль ^. К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

  =  — T;
 ₁₀₀₀ = +722,86  – 1000(-0,36484) = +358,02 кДж;

То, что ₁₀₀₀ > 0, указывает на невозможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм), т. е. при температуре 500 К восстановление ТiO₂ углеродом не протекает.

₃₀₀₀  = +722,86  – 3000(-0,36484) = -371,66 кДж.

То, что  3000< 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм), т. е. при температуре 2000 К восстановление  ТiO₂ углеродом протекает.

Ответ: +722,86 кДж; 364,84 Дж/моль . К; +358,02 кДж; -371,66 кДж.

Видео:Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)Скачать

Вычисление энергии Гиббса реакции

 Задание 117. 
На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите   реакции, протекающей по уравнению 

С₂Н₄ (г) + 3О₂ (г) = 2СО₂ (г) +2Н₂О (ж)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -1331,21 кДж.
Решение:
Уравнение процесса: 

С₂Н₄ (г) + 3О₂ (г) = 2СО₂ (г) +2Н₂О (ж)

Значения   и   находим из соотношений:  

Значения  и   находим из специальных таблиц, получим. Учитываем, что   простых веществ принято равным нулю, получим:

  =  2 (Н₂О) + 2 (СО₂) –   (С₂Н₄)];

  = [2(-285,84) + 2(-393,51) – (52,28) = -1410,98 кДж;
  = 2S⁰ (H₂O) + 2S⁰ (CO₂)  –[S⁰ (С₂Н₄)) + 3S⁰ (O₂)] ;
  = 2(213,65) + 2(69,94) – [219,45 + 3(205,03)] = -267,36 Дж/моль ^. К.

Энергию Гиббсапри соответствующих температурах находим из соотношения:

Видео:Влияние температуры на скорость реакцииСкачать

  =  — T;
  = -1410,98   – 298(-0,26736) = -1331,31 кДж.

То, что  < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

Ответ: -1331,21 кДж.

Температура начала реакции

Задание 118.
Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe₃O₄, протекающая по уравнению:
Fe₃O₄ (к) + СО (г) =ЗFеО (к) + СO₂ (г);  = +34,55 кДж. Ответ: 1102,4 К.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид: 

Fe₃O₄ (к) + СО (г) =ЗFеО (к) + СO₂ (г);  = +34,55 кДж. 

Значения    находим из соотношений: 

 Значения стандартных энтропий веществ  находим из специальных таблиц, получим:

   =  3S⁰  (FeО) +  S⁰ (СО₂) –  [S⁰  (Fe₃O₄) +  S⁰ (СО)];
  = [3(54,0) + (213,65) – (146,4 +197,91) = +31,34 Дж/моль ^. К.

Найдём температуру, при которой   = 0: 

 0=  — T;
 = Т;
Т =  /  = 34,55/0,3134  110,24 К.

Следовательно, при температуре 110,24 K начнется реакция  восстановления Fe₃O₄. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

 Ответ:  1102,4 К.

Задание 119. 
Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению:
РС1₅ (г) = РСI₃ (г) + С1₂ (г);   = +92,59 кДж.Ответ: 509 К.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

РС1₅ (г) = РСI₃ (г) + С1₂ (г);   = +92,59 кДж.

Значения    находим из соотношений:

Значения   находим из специальных таблиц, получим:

  =    S⁰(Cl₂) +  S⁰ (PCl₃) –   S⁰ (PCl₅);
  = (311,66 + 222,95) – 352,71 = +18,19 Дж/К.

Найдём температуру, при которой   = 0:

 0=  — T;
 = Т;
Т =  /= 92,59/0,1819  509 К.

Следовательно, при температуре 509 K начнется диссоциация пентахлорида фосфора. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

 Ответ:  509 К.

Видео:Решение задач на зависимость энтальпии от температурыСкачать

Изменения энтропии для реакции

Задание 119.
Вычислите изменения энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:
2CH₄ (г) = С₂Н₂ (г) + 3Н₂ (г);
N₂ (г) +3Н₂ (г) = 2NH₃ (г):
С (графит) + О₂ (г) = СО₂ (г).
Почему в этих реакциях    > 0. Ответ: 220,21 Дж/К; -198,26 Дж/К; 2,93 Дж/К.
Решение:
Изменение энтропии для реакций вычислим из соотношения

•  
  а) 2CH₄ (г) = С₂Н₂ (г) + 3Н₂ (г);
    =  3S⁰ (Н₂) +  S⁰(С₂Н₂) –  2S⁰ (СН₄);
    = 3(130,59) + 200,82 – 2(186,19) = +220,21 Дж/K

  > 0, потому что реакция протекает с увеличением объёма, из 2 моль газообразного метана образуется 4 моль газообразных веществ, т. е. возрастает неупорядоченность системы.

б) N₂ (г) +3Н₂ (г) = 2NH₃ (г);
  =  2S⁰ (NH₃) —  S⁰(N₂) –  3S⁰ (H₂);
  = 2 . 192,5 –(191,49 + 3 . 130,59) = -198,26 Дж/K

  < 0, потому что реакция протекает с уменьшением объёма, из 4 моль газообразных веществ образуется 2 моль газообразного вещества, т. е. возрастает упорядоченность системы.

в) С (графит) + О₂ (г) = СО₂ (г);
  =   S⁰(СО₂) – [S⁰ (С) +  S⁰(О₂)];
  = 213,65 –(5,69 + 205,03) = +2,93 Дж/K

  > 0, потому что происходит увеличение неупорядоченности системы за счёт того, что углерод из твёрдого состояния переходит в состав газообразного вещества СО₂. 

Ответ: 220,21 Дж/К; -198,26 Дж/К; 2,93 Дж/К.