ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ. Задача 1.Рассчитайте стандартную энтальпию и стандартную энтропию химической реакцииЗадача 1. Рассчитайте стандартную энтальпию и стандартную энтропию химической реакции. Определите в каком направлении при 298°К (прямом или обратном) будет протекать реакция Fe2O3(к) +3H2 =2Fe(к) +3H2O(г). Рассчитайте температуру, при которой равновероятны оба направления реакции. Решение: ΔHр-ции = Σ∆H0прод – Σ∆H0исх. Используя справочные данные стандартных энтальпий веществ, находим: ΔHр-ции = (2·ΔH0Fe+3·ΔH0H2O)— (ΔH0Fe2O3+3·ΔH0H2) = 2·0 + 3·(- 241,82) – (-822,16) — 3·0 = 96,7 кДж. ΔSр-ции=ΣS0прод – ΣS0исх. Используя справочные данные стандартных энтропий веществ, находим: ΔSр-ции = (2·S0Fe + 3·S0H2O) — (S0Fe2O3 + 3·S0H2) = 2·27,15 + 3·188,7 – 89,96 — 3·131 = 137,44 Дж/K = 0,13744 кДж/K. ΔG = ΔH – TΔS= 96,7 – 298 ·0,13744 = 55,75 кДж. При Т=298°К, ΔG > 0 – реакция не идет самопроизвольно, т.е. реакция будет протекать в обратном направлении. Чтобы рассчитать температуру, при которой равновероятны оба направления реакции, надо ΔG приравнять к нулю: ΔH – TΔS = 0, тогда ΔH = TΔS и T= ΔH/ΔS= 96,7/0,13744 = 703,58 K. При Т=703,58К реакция будет идти равновероятно как в прямом так и в обратном направлении.
Задача 2. Вычислите энергию Гиббса и определите возможность протекания реакции при температурах 1000 и 3000 К. Cr2O3 (т) + 3C (т) = 2Cr (т) + 3CO (г).
Решение: Вычисления энергии Гиббса проводим согласно выражению: ΔG = ΔH – TΔS Необходимо рассчитать энтальпию и энтропию химической реакции: ΔHр-ции = Σ∆H0прод – Σ∆H0исх и ΔSр-ции=Σ∆S0кон – Σ∆S0исх. Используя справочные данные стандартных энтальпий веществ, находим: ΔHр-ции = (2·ΔH0Cr + 3·ΔH0CO) — (ΔH0Cr2O3 + 3·ΔH0C) = 2·0 + 3·(- 110,6) – (-1141) — 3·0 = 809,2 кДж. Аналогично, используя справочные данные стандартных энтропий веществ, находим: ΔSр-ции= (2·S0Cr + 3·S0CO) — (S0Cr2O3 +3·S0C)=23,6+3·197,7– 81,2 — 3·5,7 = 542 Дж/K = 0,542 кДж/К. Найдем энергию Гиббса при 1000 К: ΔG1000 = ΔH – TΔS= 809,2 – 1000 · 0,542 = 267,2 кДж ΔG1000 > 0, следовательно, реакция самопроизвольно не идет. Найдем энергию Гиббса при 3000 К: ΔG3000= ΔH – TΔS = 809,2 – 3000 · 0,542 = — 816,8 кДж ΔG3000 ˂0, следовательно, реакция протекает самопроизвольно.
Задача 3. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях, невозможна экзотермическая реакция: СО2(г)+Н2(г) ↔ СО (г)+Н2О (ж)? Рассчитайте ΔG данной реакции. При каких температурах данная реакция становится самопроизвольной? Решение: Рассчитаем ΔG данной реакции: ΔG = ΔH – TΔS Для этого сначала определим ΔH и ΔS реакции: ΔHр-ции = Σ∆H0прод – Σ∆H0исх и ΔSр-ции=ΣS0прод – ΣS0исх. Используя справочные данные стандартных энтальпий и энтропий веществ, находим: ΔHр-ции= (ΔH0H2O(ж) + ΔH0CO) — (ΔH0CО2 + ΔH0Н2) =-110,5 + (-285,8) – (393,5) — 0 = -2,8 кДж. ΔSр-ции= S0H2O(ж) + S0CO — S0CО2 — S0Н2 = 197,5 + 70,1 — 213,7 — 130,52 = -76,6 Дж/K =0,0766 кДж/K. Найдем энергию Гиббса при стандартных условиях ΔGр-ции= ΔH – TΔS= -2,8 + 298 · 0,0766=20 кДж ΔG> 0, следовательно, реакция самопроизвольно не идет. Найдем, при каких температурах данная реакция становится самопроизвольной: T = ΔH/ΔS = -2,8/(-0,0766) = 36,6 К. Задача 4. Рассчитав на основании табличных данных ΔG и ΔS, определите тепловой эффект реакции: 2NO (г) +Cl2(г) ↔ 2NOCl(г). С чем будет более интенсивно взаимодействовать газообразный хлористый водород (в расчете на 1 моль): с алюминием или с оловом? Ответ дайте, рассчитав ΔG0 обеих реакций. Продуктами реакций являются твердая соль и газообразный водород. Решение: Рассчитаем ΔG0 для реакции взаимодействия газообразного хлористого водорода (в расчете на 1 моль) с алюминием: 2Al(т) + 6HCl (г) = 2AlCl3 (т) + 3H2 ΔG0р-ции = ΣΔG0прод — ΣΔG0исх ΔG0р-ции1 =(2·ΔG0AlCl3 +3·ΔG0H2) — (2·ΔG0Al + 6·ΔG0HCl) ΔG0р-ции1 = 2· (-636,8) + 3·0— 2·0— 6·(-95,27) = -701,98 кДж В реакции принимает участие 2 моль Al, тогда ΔGр-ции1 1 моля Al равно ΔG0р-ции1 = -701,98 / 2 = -350,99 кДж. Рассчитаем ΔG0 для реакции взаимодействия газообразного хлористого водорода (в расчете на 1 моль) с оловом: Sn(т) + 2HCl (г) = SnCl2(т) + H2 ΔG0р-ции2 =(ΔG0SnCl2(т) + ΔG0H2) — (ΔG0Sn + ΔG0HCl) ΔG0р-ции2 = -288,4 + 0- 0- 2·(-95,27) = -97,86 кДж/моль Обе реакции имеют ΔG0˂0, поэтому они протекают самопроизвольно в прямом направлении, но более интенсивно взаимодействовать газообразный хлористый водород будет с алюминием, т.к ΔG0р-ции1 ˂ ΔG0р-ции2
Задача 5. Не прибегая к вычислениям, определите, какие знаки (>0, <0, ≈0) имеют ΔG, ΔH и ΔS для протекающей в прямом направлении реакции: 4НBr (г) + O2(г) ↔2H2O(г) +2Br2 (г). Решение: При постоянных температуре и давлении изменение энергии Гиббса связано с энтальпией и энтропией выражением: ΔG = ΔH – TΔS. Энтропия – мера беспорядочности системы. Значение энтропии тем больше, чем больше беспорядок в системе (больше газообразных веществ). В данной реакции количество молей газов в правой части равно 5, а в левой 4, значит энтропия системы уменьшается ΔS˂0. По условию задачи реакция протекает в прямом направлении, следовательно, ΔG˂0. В обычных условиях TΔS ˂˂ ΔH, поэтому в данном случае ΔH˂0 – реакция экзотермическая. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|