Вычисление энергии Гиббса, энтропии, энтальпии и температуры химической реакции

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:

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; = S 0 (СН4) + S 0 (H2O) – [S 0 (СО) + 3S 0 (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;

= 2S 0 (CО) + S 0 (Ti) – [S 0 (TiO2) + 2S 0 (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.

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:

Значения и находим из соотношений:

= [2(-285,84) + 2(-393,51) – (52,28) = -1410,98 кДж; = 2 S 0 (H2O) + 2 S 0 (CO2) –[ S 0 (С2Н4)) + 3 S 0 (O2)] ; = 2(213,65) + 2(69,94) – [219,45 + 3(205,03)] = -267,36 Дж/моль . К.

Энергию Гиббсапри соответствующих температурах находим из соотношения:

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

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:

Значения находим из соотношений:

Значения стандартных энтропий веществ находим из специальных таблиц, получим:

= 3S 0 (FeО) + S 0 (СО2) – [S 0 (Fe3O4) + S 0 (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: РС1 5 (г) = РСI 3 (г) + С1 2 (г); = +92,59 кДж.Ответ: 509 К. Решение: Уравнение реакции имеет вид:

Значения находим из соотношений:

Значения находим из специальных таблиц, получим:

= S 0 (Cl2) + S 0 (PCl3) – S 0 (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.

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); = 3S 0 (Н2) + S 0 (С2Н2) – 2S 0 (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.

< 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); = S 0 (СО2) – [S 0 (С) + S 0 (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.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎