Расчет энтальпии и энтропии химической реакции с использованием 3-го следствия из закона Гесса
Расчет энтальпии и энтропии реакции горения ацетилена
Задача 1.
Реакция горения ацетилена протекает по уравнению: С2Н2(г) + 5/2О2(г) = 2СО2(г) + Н2О(ж).
Вычислите изменение энтропии системы в стандартных условиях и объясните причины её уменьшения.
Решение.
Согласно следствию из закона Гесса, изменение энтропии определяется как разность сумм энтропий продуктов и реагентов процесса с учетом стехиометрических коэффициентов реакции. Тогда
∆S0х.р. = [2·S0обрСО2(г) + S0обрН2О(ж)] – [S0обрС2Н2(г) + (5/2)·S0обрО2(г)].
По табличным данным найдем значения энтропии для требуемых веществ:
S0обрСО2(г) = 213,65Дж/моль·К;
S0обрН2О(ж) = 69,94Дж/моль·К;
S0обрС2Н2(г) = 219,45Дж/моль·К;
S0обрО2(г) = 205,03Дж/моль·К.
Подставив эти значения в уравнение изменения энтропии процесса, и произведя расчеты, получим:
∆S0х.р. = (2·213,65 + 69,94 - 219,45 – (5/2)·205,03)Дж/моль·К =
= -234,79 Дж/моль·К.
Уменьшение энтропии процесса объясняется ростом упорядоченности системы, так как количество вещества газов в продуктах реакции в 2,7 раза меньше, чем в реагентах (5,5/2).
Ответ: ∆S0х.р. = -234,79 Дж/моль·К; ∆S0х.р < 0 т.к. ∆n(г) < 0.
Расчет энтальпии и энтропии реакции разложения нитрата магния
Задача 2.
Реакция разложения магния нитрата по уравнению:2Mg(NO3)2(т) = 2MgO(т) + 4NO2(г) + O2(г) сопровождается увеличением энтропии системы на 891 Дж/К и изменением энтальпии на 510 кДж. Рассчитайте стандартную энтальпию образования и энтропию образования магния нитрата. Определите, какой из факторов – энтальпийный или энтропийный – способствует самопроизвольному протеканию этого процесса.
Решение:
Расчеты ∆H0обр[Mg(NO3)2(т)] и S0обр[Mg(NO3)2(т)] произведем на основании 3-го следствия из закона Гесса, согласно которому:
а) ∆H0х.р. = 2·∆H0обр[MgO(т)] + 4·∆H0обр[NO2(г)] - 2·∆H0обр[Mg(NO3)2(т)]
отсюда
∆H0обр[Mg(NO3)2(т)] = ∆H0обр[MgO(т)] + 2·∆H0обр[NO2(г)] -1/2∆H0х.р.
б) ∆S0х.р. = 2·S0обр[MgO(т)] + 4·S0обр[NO2(г)] +
+ S0обр[O2(г)] - 2·S0обр[Mg(NO3)2(т)],
отсюда
S0обр[Mg(NO3)2(т)] = S0обр[MgO(т)] + 2·S0обр[NO2(г)] +
+ 1/2S0обр[O2(г)] - 1/2∆S0х.р.
Используя данные таблицы, найдем значения энтальпий образования и энтропий продуктов реакции:
∆H0обр[MgO(т)] = -601,24 кДж/моль;
∆H0обр[NO2(г)] = 33,50 кДж/моль;
S0обр[MgO(т)] = 26,94 Дж/моль·К;
S0обр[NO2(г)] = 240,45 Дж/моль·К;
S0обр[O2(г)] = 205,04 Дж/моль·К.
Подставив найденные значения в уравнения а) и б), рассчитаем искомые величины:
∆H0обр[Mg(NO3)2(т)] = 1моль·(-601,24кДж/моль) +
+ [2 моль·33,50кДж/моль - ∆(510кДж)] = -789,24 кДж;
S0обр[Mg(NO3)2(т)] = (1моль·26,94Дж/моль·К + 2моль·240,45Дж/моль·К) +
+ [(1/2моль·205,04 Дж/моль·К - (1/2)·891 Дж/К)] = -164,87 Дж/К.
Как известно, самопроизвольному протеканию реакции способствует уменьшение её энтальпийного фактора (∆H0х.р.< 0) и увеличение энтропийного фактора (Т·∆S0х.р. > 0). Согласно данным условия задачи, энтропия во время процесса возрастает, и, следовательно, возрастает и произведение Т·∆S0х.р., что способствует его самопроизвольному протеканию. С другой стороны, возрастает и энтальпия реакции, что не способствует самопроизвольности процесса в прямом направлении.
Ответ: ∆H0обр[Mg(NO3)2(т)] = - 789,24 кДж; S0обр[Mg(NO3)2(т)] = -164,87 Дж/К. Самопроизвольности процесса разложения магния нитрата способствует энтропийный фактор этой реакции.
