Устойчивость кальция в атмосфере кислорода, фтора, азота, диоксида углерода, паров воды


Задача 1010. 
Устойчив ли кальций в атмосфере кислорода, фтора, азота, диоксида углерода, паров воды? Ответ обосновать расчетом изменения энергии Гиббса в соответствующих процессах.
Решение:
ΔG0(CO2) = -394,6 кДж/моль;

ΔG02О) = -228,8 кДж/моль;

ΔG0(СаО) = -603,6 кДж/моль;

ΔG0(CaF2) = -1168,1 кДж/моль;

ΔG0(Ca3N2) = 105 кДж/моль;

ΔG0(CO2) = -137,2 кДж/моль.

а) 2Са + О2 = 2СаО

ΔG0 = 2ΔG0(СаО) = 2(-603,6) = 1207,2 кДж. Так как ΔG0 < 0, то реакция протекает, значит, кальций в атмосфере кислорода не может существовать, протекает реакция.

б) Ca + F2 = CaF2

ΔG0  =  (ΔG0(СаF2) = -1168,1 кДж. Так как ΔG0  < 0, то реакция протекает, значит, кальций в атмосфере фтора не может существовать, протекает реакция.

в) 3Са + N2 = Ca3N2

ΔG0 =  ΔG0(Са3N2) = 105 кДж. Так как ΔG0  > 0, то реакция не протекает, значит, кальций в атмосфере азота может существовать.

г) Са + СО2 = СаО + СО

ΔG0  = ΔG0(СаО) +  ΔG0(СО) -  (СО2) = -603,6 + (-137,2) – (-394,6) = -346,2 кДж. Так как ΔG0  < 0, то реакция протекает, значит, кальций в атмосфере углекислого газа не может существовать.

д) Са + Н2О = СаО + Н2

ΔG0  =  ΔG0(СаО) - ΔG02О) = -603,6  – (-228,8) = -374,8 кДж. Так как ΔG0 < 0, то реакция протекает, значит, кальций в атмосфере паров воды не может существовать.


Расчет энергии Гиббса реакции

Задача 1011. 
Можно ли получить кальций восстановлением его оксида алюминием? Ответ обосновать расчетом энергии Гиббса реакции.
Решение:
Уравнение реакции:

2Al + 3CaO = Al2O3 + 3Ca

ΔG0(СаО) = - 603,6 кДж/моль; ΔG0(Al2O3) = -1583,3 кДж/моль.

Рассчитаем энергию Гиббса реакции, получим:

ΔG0  =  ΔG0(Al2O3) - 3ΔG0(СаО) = -1583,3 – 3(-603,6) = 227,5 кДж.

Так как ΔG0  > 0, то реакция не протекает при обычных условиях, значит, получить кальций восстановлением алюминия нельзя.