Нахождение энтропии, энтальпии и энергии Гиббса химической реакции

 

 

 

Определение  возможности протекания реакции разложения углекислого газа

 

 

 

 

Задача 8.
Найдите энтропию, энтальпию и энергию Гиббса при стандартных условиях следующей реакции: СО₂(г)  →   СО(г) + 1/2О₂(г)  и определите  возможность или невозможность ее протекания при тех же условиях.
Решение: 
В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1840 г.): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.
В термохимических расчетах применяют чаще следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции (∆Н⁰_х.р.) равен сумме энтальпий образования∆Н°_обр продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

СО₂(г)  →   СО(г) + 1/2О₂(г)

Исходя из табличных значениях ∆Н° при стандартных условиях:

∆Н°^[СО₂(г)] = -393,51 кДж/моль;
 ∆Н°^[СО(г))] = -110,53- (кДж/моль;
∆Н°[О₂(г)] = 0.

Тогда

∆Н°_х.р. = -110,53-(-393,51) = 282,98 кДж/моль.

Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (∆S°) зависит только от начального (S°₁) и конечного (S°₂)состояния и не зависит от пути процесса: 

S°[(СО(г)] = 197,55 ^. 10^{- 3}кДж/(моль^.К);

S°[(СО₂(г)] =213,66 ^. 10^-3 кДж/(моль^.К);

S°[(О₂(г)] =205,04 ^. 10^-3 кДж/(моль^.К);

∆S° = (197,55 ^. 10^-3 + 205,04 ^. 10^-3) - 213,66 ^. 10^-3 =
= 188,93 ^. 10^-3 кДж/(моль^.К).

Энергию Гиббса ∆G, можно найти из соотношения:

∆G° = ∆H° – T∆S°.
∆G° = 282,985 - (298 ^. 188,93 ^. 10^-3 =
= 285,985 - 56,3 = 226,68 кДж/моль. ∆G⁰  > 0.

∆G° > 0, следовательно, при стандартных условиях реакция невозможна.

Ответ: реакция разложения углекислого газа на угарный газ и кислород невозможна при обычных условиях.
 

---

Определение температуры, при которой начнется реакция доменного процесса

Задача 9.
В ходе доменного процесса возможна реакция: Fе₃О₄(к) + СО(г)= 3FеО(к) + СО₂(г). При какой температуре начнется эта реакция, если ∆Н°_298х.р.= 44,5 кДж. 
Решение: 
Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать,что мера беспорядка (- Т∆S). Энтропия выражается в Дж/(моль^.К). Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух составляющих: стремления к упорядочению (∆Н) и стремления к беспорядку (T∆S). При Р = const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают ∆G, можно найти из соотношения: ∆G = (∆Н°₂ – H°₁) – (T∆S°₂ – T∆S°₁); ∆G = ∆H – T∆S. Величина ∆G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса.
Реакция  начнется при температуре при которой ∆G = 0, следовательно, ∆H = T∆S.

Откуда

Т= ∆H/∆S

Из справочных материалов посчитаем ∆S° для данной реакции:

S°[FеО(к)] = 58,79 Дж/(моль ^. К);
S°[СО₂(г)] = 213,6 Дж/(моль ^. К);
S°[Fе₃О₄(к)] = 151,46 Дж/(моль ^. К);
S°[СО(г)] = 197,4 Дж/(моль ^. К).

Тогда

∆S° =  3S°[FеО(к)] + S°[СО₂(г)] - S°[Fе₃О₄(к)] - S°[СО(г)];

∆S° = (3 ^. 58,79 + 213,6) - (151,46 - 197,4) =
= 41,11 Дж/К или 41,11^.10^-3кДж(моль^.К).

Откуда

Т = 44,5кДж/41,11 ^. 10^-3 = 1082,4 К/

Ответ: Т = 1082,4 К.

---