Устойчивость кальция в атмосфере кислорода, фтора, азота, диоксида углерода, паров воды

Самопроизвольное протекание реакции при нормальных условиях

Задача 1010. 

Устойчив ли кальций в атмосфере кислорода, фтора, азота, диоксида углерода, паров воды? Ответ обосновать расчетом изменения энергии Гиббса в соответствующих процессах.

Решение:
ΔG⁰(CO₂) = -394,6 кДж/моль;

ΔG⁰(Н₂О) = -228,8 кДж/моль;

ΔG⁰(СаО) = -603,6 кДж/моль;

ΔG⁰(CaF₂) = -1168,1 кДж/моль;

ΔG⁰(Ca₃N₂) = 105 кДж/моль;

ΔG⁰(CO₂) = -137,2 кДж/моль.

а) 2Са + О₂ = 2СаО

ΔG⁰ = 2ΔG⁰(СаО) = 2(-603,6) = 1207,2 кДж. Так как ΔG⁰ < 0, то реакция протекает, значит, кальций в атмосфере кислорода не может существовать, протекает реакция.

б) Ca + F₂ = CaF₂

ΔG⁰  =  (ΔG⁰(СаF₂) = -1168,1 кДж. Так как ΔG⁰  < 0, то реакция протекает, значит, кальций в атмосфере фтора не может существовать, протекает реакция.

в) 3Са + N₂ = Ca₃N₂

ΔG⁰ =  ΔG⁰(Са₃N₂) = 105 кДж. Так как ΔG⁰  > 0, то реакция не протекает, значит, кальций в атмосфере азота может существовать.

г) Са + СО₂ = СаО + СО

ΔG⁰  = ΔG⁰(СаО) +  ΔG⁰(СО) —  (СО₂) = -603,6 + (-137,2) – (-394,6) = -346,2 кДж. Так как ΔG⁰  < 0, то реакция протекает, значит, кальций в атмосфере углекислого газа не может существовать.

д) Са + Н₂О = СаО + Н₂↑

ΔG⁰  =  ΔG⁰(СаО) — ΔG⁰(Н₂О) = -603,6  – (-228,8) = -374,8 кДж. Так как ΔG⁰ < 0, то реакция протекает, значит, кальций в атмосфере паров воды не может существовать.

Расчет энергии Гиббса реакции

Задача 1011. 
Можно ли получить кальций восстановлением его оксида алюминием? Ответ обосновать расчетом энергии Гиббса реакции.
Решение:
Уравнение реакции:

2Al + 3CaO = Al₂O₃ + 3Ca

ΔG⁰(СаО) = — 603,6 кДж/моль; ΔG⁰(Al₂O₃) = -1583,3 кДж/моль.

Рассчитаем энергию Гиббса реакции, получим:

ΔG⁰  =  ΔG⁰(Al₂O₃) — 3ΔG⁰(СаО) = -1583,3 – 3(-603,6) = 227,5 кДж.

Так как ΔG⁰  > 0, то реакция не протекает при обычных условиях, значит, получить кальций восстановлением алюминия нельзя.