Как правильно рассчитывать энергию Гельмгольца и энергию Гиббса химической реакции в электрохимическом элементе


Задача - 35.
Рассчитать ΔG и ΔF для химической реакции: Pb (т) + Сl2 (г) = PbCl2 (т). Объемом твердых веществ пренебречь. Газ считать идеальным, ЭДС электрохимического элемента, в котором можно провести эту реакцию, равна 1,192 В при 25 °С и 1,013·105 Па. 
Решение:
Δn = –1;
Е =  1,192 В;
Т = 25°С = 298 К.
При изучении химической реакции в электрохимическом элементе (гальваническом элементе) изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при постоянстве соответствующих параметров определяются по уравнениям. Изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца определяют по уравнениям:

ΔG = zFE;
ΔF = –zFE – ΔnRT, где

z - число электронов, принимающих участие в электрохимическом процесс (валентность металла); Δn – изменение числа моль газообразных реагентов при протекании реакции; F – газовая постоянная; Е - ЭДС электрохимического элемента; ΔG - изменение энергии Гиббса; ΔrF - изменение энергии Гельмгольца.

Расчет изменения энергии Гиббса ΔG, получим:

ΔG = – 2·96500·1,192·10–3 = –230,0 кДж. 

Расчет изменения энергии Гельмгольца ΔF, получим:

ΔF = –230,0 + 8,314·298·10–3 = –230,0 + 2,48 = –227,52 кДж.

Ответ: –230,0 кДж; –227,52 кДж. 
 


Задача 36.
Найдите изменение энергии Гиббса (ΔG) и энергии Гельмгольца (ΔF) химических реакций: 
а) Ag(т) + 1/2Cl2(г) = AgCl(т)  [t = 17 °С; E = 1,132];
б) Zn(т) + Cl2(г) = ZnCl2(aq)  [t = 25 °С; E = 2,123];
в) Cu(т) + Cl2(г) = CuCl2(aq)  [t = 25 °С; E = 1,023];
г) Co(т) + Сl2(г) = CoCl2(aq)  [t = 25 °С; E = 1,637]; 
д) Sn(т) + Cl2(г) = SnCl2(aq)  [t = 25 °С; E = 2,496].  
Изменением объемов твердых и жидких веществ при реакции пренебречь. 
Решение:
а) Рассчитаем ΔG и ΔF для химической реакции: Ag(т) + 1/2Cl2(г) = AgCl(т)

Расчет изменения энергии Гиббса ΔG:

ΔG = – 1·96500·1,132·10–3 = –109,238 кДж. 

Расчет изменения энергии Гельмгольца ΔF, получим:

ΔF = –109,238 - (-0,5 . 8,314·290·10–3) = –109,24 + 1,21 = –108,03 кДж. (Δn = –0,5)

Ответ: –109,24 кДж; –108,03 кДж. 

б) Рассчитаем ΔG и ΔF для химической реакции: Zn(т) + Cl2(г) = ZnCl2(aq)

Расчет изменения энергии Гиббса ΔG:

ΔG = – 2·96500·2,123·10–3 = –409,74 кДж. 

Расчет изменения энергии Гельмгольца ΔF, получим:

ΔF = –409,74 - (-1 . 8,314·298·10–3) = –409,74 + 2,48 = –407,26 кДж. (Δn = –1)

Ответ: –409,74 кДж; –407,26 кДж. 

в) Рассчитаем ΔG и ΔF для химической реакции: Cu(т) + Cl2(г) = CuCl2(aq)

Расчет изменения энергии Гиббса ΔG:

ΔG = – 2·96500·1,023·10–3 = –197,44 кДж. 

Расчет изменения энергии Гельмгольца ΔF, получим:

ΔF = –197,44 - (-1 . 8,314·298·10–3) = –197,44 + 2,48 = –194,96 кДж. (Δn = –1)

Ответ: –197,44 кДж; –194,96 кДж. 

г) Рассчитаем ΔG и ΔF для химической реакции: Co(т) + Сl2(г) = CoCl2(aq)

Расчет изменения энергии Гиббса ΔG:

ΔG = – 2·96500·1,637·10–3 = –315,94 кДж. 

Расчет изменения энергии Гельмгольца ΔF, получим:

ΔF = –315,94 - (-1 . 8,314·298·10–3) = –315,94 + 2,48 = –313,46 кДж. (Δn = –1)

Ответ: –315,94 кДж; –313,46 кДж. 

г) Рассчитаем ΔG и ΔF для химической реакции: Sn(т) + Cl2(г) = SnCl2(aq)

Расчет изменения энергии Гиббса ΔG:

ΔG = – 2·96500·2,496·10–3 = –481,73 кДж. 

Расчет изменения энергии Гельмгольца ΔF, получим:

ΔF = –481,73 - (-1 * 8,314·298·10–3) = –481,73 + 2,48 = –479,25 кДж. (Δn = –1)

Ответ: –481,73 кДж; –479,25 кДж.