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 (∆Н0х.р.) равен сумме энтальпий образования∆Н0обр продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

СО2(г)  →   СО(г) + 1/2О2(г)

Исходя из табличных значениях ∆Н0при стандартных условиях:
∆Н0[СО2(г)] = -393,51 кДж/моль;
 ∆Н0[СО(г))] = -110,53- (кДж/моль;
∆Н02(г)] = 0
∆Н0х.р. = -110,53-(-393,51) = 282,98 кДж/моль.

Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (∆S0) зависит только от начального (S01) и конечного (S02)состояния и не зависит от пути процесса: 

S0[(СО(г)] = 197,55 . 10- 3кДж/(моль.К);
S0[(СО2(г)] =213,66 . 10-3 кДж/(моль.К);
S0[(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:

∆G0 = ∆H0 – T∆S0.
∆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 ∆Н0298х.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 = (∆Н02 – H01) – (T∆S02 – T∆S01); ∆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 ∆S0 для данной реакции:

S0[FеО(к)] = 58,79 Дж/(моль , К);
S0[СО2(г)] = 213,6 Дж/(моль.К);
S0[Fе3О4(к)] = 151,46 Дж/(моль.К);
S0[СО(г)] = 197,4 Дж/(моль.К).

Тогда

∆S0 =  3S0[FеО(к)] + S0[СО2(г)] - S0[Fе3О4(к)] - S0[СО(г)];
∆S0 = (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.