Возможность протекания процесса. Задачи 70 — 72

Определение энергии Гибсса и константы реакции при заданной ткмпературе

 

Задача 70. 
Определите, возможно ли при 200 oС самопроизвольное протекание процесса:  Na2O(т) + H2O(ж) > 2NaOH(т).  Ответ обоснуйте, рассчитав величину изменения энергии Гиббса при данной температуре.
Решение:
ΔHNa2O(т) = –416кДж/моль;
ΔНН2О(ж) = -286 кДж/моль;
ΔНNaOH(т) = –427,8 кДж/моль;
So(Na2O,т) = 75,5 Дж/(моль·К);
So(H2O,ж) = 70 Дж/(моль·К),
So(NaOH,т) = 64,16 Дж/(моль·К).

1. Расчет энтальпии реакции получим:

ΔНх.р.= ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

ΔНх.р.= [2ΔН°NaOН(т)] – [ΔН°Н2О(ж) + ΔН°Na2O(т)];
ΔНх.р.= [2(–427,8)] — [(-286) + (–416)] = –153,6 кДж.

2. Расчет энтропии реакции получим:

ΔSох.р.= ΔSообр.прод. — ΔSообр.исх.

ΔSох.р. = [2SообрNaOН(т] — [SообрNa2O(т) ) + SообрН2О(ж)];
ΔSo298 = 2·So(NaOH,т) – [So(Na2O,т) + So(H2O,ж)] = 2·64,16 – (75,5 + 70) = – 17,18 Дж/(моль·К) = 0,01718 Дж/(моль·К).

Переведем температуру из шкалы Цельсия в шкалу Кельвина: Т = 273 + 200 = 473 К. Для расчета ΔGo473 воспользуемся уравнением:

ΔGo473 = ΔHo – TΔSo

ΔGo473 = –153,6 – 473·(–0,01718) = –145,47 кДж.

Таким образом, ΔGo473 < 0, поэтому самопроизвольное протекание данного процесса при 200 oС возможно.

Ответ: ΔGo473 = –145,47 кДж;  возможно.
 


Задача 71.
Вычислить стандартную величину изменения энтальпии (ΔH),энтропии (ΔS) и свободной энергии Гиббса (ΔG) для химической реакции: CO2(г) + H2(г) = CO(г) + H2O(ж)
Возможна ли реакция при стандартных условиях? При какой температуре она начинается?
Решение:
ΔНCO(г) = -110,53) кДж/моль;
ΔНCO2(г) = -393,51 кДж/моль;
ΔНН2О(ж) = -285,83 кДж/моль;
SообрСО(г) = 197,91 Дж/(моль·К); 
SообрСО2(г) = 213, 65 Дж/(моль·К);
SообрН2О(ж) = 69,94 Дж/(моль·К);
SообрН2(г) =  130,59 Дж/(моль·К).

1. Расчет энтропии реакции получим:

ΔНх.р.= ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

ΔНх.р.= [ΔН°Н2О(ж) + ΔН°CO(г)] – [ΔН°CO2(г)];
ΔНх.р. = [(-285,83) + (-110,53)] — (-393,51) = (-396,36) — (-393,51) = -2,85 кДж.

2. Расчет энтропии реакции получим:

ΔSох.р.= ΔSообр.прод. — ΔSообр.исх.

ΔSох.р. = [SообрСО(г) + SообрН2О(ж)] — [S0обрН2(г) + S0обрСО2(г)];
ΔSох.р. = (197,91 + 69,94) – (130,59 + 213,65) Дж/моль·К = -76,39 Дж/моль·К.

3. Теперь рассчитаем изменение энергии Гиббса при Т = 298 К для реакции, получим:

ΔG0х.р. = ΔH- ТΔS0х.р.;
ΔG0х.р. = -2,85 кДж/моль – 298 К·(-76,39·10-3кДж/моль·К) = 19,91 кДж/моль;

Как свидетельствуют результаты расчетов,ΔG0х.р. > 0 и, значит, этот процесс самопроизвольно протекать не будет.

ΔН = Т.ΔS, отсюда Т = ΔН/ΔS = -2,85/-0,07639 = 37,3 К.
 


Задача 72. 
Возможно ли протекание реакции: CaCO3(к) = CaO(к) + CO2(г) при 25 и 1800°C? Найдите приближённое значение температуры, при которой ΔG0Т = 0. Зависимостями ΔH0 и ΔS0 от температуры пренебречь. Рассчитайте константу равновесия реакции для трёх указанных температур.
Решение.
ΔH0CaO(к) = −635,1 кДж/моль;
ΔH0CO2(г) = −393,5 кДж/моль;
ΔH0CaCO3(к) = −1206,8 кДж/моль;
ΔS0CaO(к) = 38,1 Дж/(моль .K);
ΔS0CO2(г) = 213,7 Дж/(моль .K);
ΔS0CaCO3(к) = 91,7 Дж/(моль .K).

ΔG0T реакции можно определить по формуле:

ΔG0T = ΔH0Т — ТΔS0

Для температуры 25°C = 298 K имеем ΔG0298 = ΔH0298 — 298ΔS0298

Вычислим ΔH0298 и ΔS0298 по формулам:

ΔH0298 = [ΔH0CaO(к) + ΔH0CO2(г)] — ΔH0CaCO3(к);
ΔS0298 = [ΔS0CaO(к) + ΔS0CO2(г)] — ΔS0CaCO3(к).

Тогда

ΔH0298 = [(−635,1) + (−393,5)] — (−1206,8) = 178,2 кДж/моль;
ΔS0298 = 38,1 + 213,7 — 91,7 = 160,1 Дж/(моль *K) = 0,1601 кДж/(моль *K).

Отсюда

ΔG0298 = 178,2 — (298 . 160,1) = 130,5 кДж.

Так как ΔG0298 > 0, то протекание реакции при 25 °C невозможно.

Рассчитаем энергию Гиббса реакции при температуре 1800 °C, получим:

По условию задачи можно считать, что ΔH0298 = ΔH02073 и ΔS0298 = ΔS02073.

Тогда

ΔG02073 = 178,2 — (2073 . 160,1) = -153,7 кДж.

Так как ΔG02073 < 0, то протекание реакции при 1800 °C возможно.

Температуру, при которой ΔGT = 0, находим по формуле:

ΔG0T = ΔH0Т — ТΔS0;
0 = ΔH0Т — ТΔS0;
Т = ΔH0Т/ΔS0 = ΔH0298/ΔS0298 = 178,2/0,1601 = 1113 K = 840 °C.

Константу равновесия реакции для этих трёх температур найдём на основании формулы:

lnKT = -ΔG0T/RT.

Тогда 

 K298 = lnK298 = -ΔG0298/R.298 = 130500/(8,314 . 298) = -52,7,  K298 = e-52,7 = 1,3 . 10-23;
К1113 = lnK1113 = -ΔG01113/R.2073 = 0, К1113 = е0 = 1;
K2073 = lnK2073 = -ΔG02073/R.2073 = -153700/(8,314 . 2073) = 8,92, K2073 = e8,92 = 7,5 . 103.

Таким образом, чем меньше значение ΔG0Т, тем более полно протекает реакция и тем больше константа равновесия. 


 

🎥 Видео

Свободная энергия Гиббса. 10 класс.Скачать

Свободная энергия Гиббса. 10 класс.

Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)Скачать

Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)

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

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

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

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

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

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

Энергия Гиббса. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Энергия Гиббса. Практическая часть. 10 класс.

Урок 72. Задачи на правило силСкачать

Урок 72. Задачи на правило сил

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.

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

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

Энтропия. 10 класс.Скачать

Энтропия. 10 класс.

Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать

Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.

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

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

Экзо- и эндотермические реакции. Тепловой эффект химических реакций. 8 класс.Скачать

Экзо- и эндотермические реакции. Тепловой эффект химических реакций. 8 класс.

Стадии деменции. Чего ждать ухаживающим?Скачать

Стадии деменции. Чего ждать ухаживающим?

Энтальпия реакции. Решение задачи.Скачать

Энтальпия реакции. Решение задачи.

Урок 71. Простейшие задачи на правило силСкачать

Урок 71. Простейшие задачи на правило сил

Внутренняя энергия и энтальпия. 10 класс.Скачать

Внутренняя энергия и энтальпия. 10 класс.

Закон Гесса. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Закон Гесса. Практическая часть. 10 класс.

Что нужно решить, чтобы набрать 70/80/90/100 баллов на ЕГЭ по химии? | Химия ЕГЭ | УмскулСкачать

Что нужно решить, чтобы набрать 70/80/90/100 баллов на ЕГЭ по химии? | Химия ЕГЭ | Умскул

Урок 6. Задачи на вычисление погрешностейСкачать

Урок 6. Задачи на вычисление погрешностей
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии