Как правильно рассчитать значение энергии Гиббса и тепловой эффект реакции

 

Расчет значения энергии Гиббса реакции


Задача 1117. 
Пользуясь данными таблиц приложения, установить, какие из перечисленных восстановителей могут восстановить Fe2О3 до свободного металла: а) Zn; б) Ni; в) Н2S.
Решение:
Уравнения реакций:

а) 3Zn + Fe2O3 = 2Fe + 3ZnO;

б) 3Ni + Fe2O3 = 2Fe + 3NiO;

в) 3H2S+ Fe2O3 = 2Fe + 3S + 3H2O.

ΔG0 (Fe2O3) = -740,8 кДж/моль;  ( NiO) = -211,6 кДж/моль; 

 ΔG0(ZnO) = -320,88 кДж/моль;  ( H2S) = 33, кДж/моль; 

ΔG0 (H2O) = -228,8 кДж/моль.

Рассчитаем значение энергии Гиббса для каждой реакции, получим:

 ΔG0(а) = 3ΔG0(ZnO) -  ΔG0(Fe2O3) = 3(-320,88) – (-740,8) = -221,84 кДж;

 ΔG0(б) = 3ΔG0(NiO) -  ΔG0(Fe2O3) = 3(-211,6) – (-740,8) = 106 кДж;

 ΔG0(в) = 3ΔG02O) – [3ΔG0(H2S)  +  ΔG0(Fe2O3)] = 

=3(-228,8) – [3(33) + (-740,8) = -44,6 кДж.

Так как  ΔG0(а) и  ΔG0(в) < 0, то цинк и сероводород могут восстановить Fe2О3 до свободного металла, а так как ΔG0(б) > 0, то никель не может восстановить Fe2О3 до свободного металла.

Ответ: а); в).


Определение теплового эффекта реакции

Задача 1118. 
При выплавке железа из магнитного железняка одна из протекающих в доменной печи реакций выражается уравнением: Fe3O4 + СО = 3FeO + СO2. Пользуясь данными таблиц приложения, определить тепловой эффект реакции. В каком направлении сместится равновесие этой реакции при повышении температуры?
Решение:
Уравнение реакции:

Fe3O4 + СО = 3FeO + СO2.

 ΔH0(Fe3O4) = -1014,8  кДж/моль; ΔH0 (FeO) = -244,5 кДж/моль; 

 ΔH0(CO) = -137,2 кДж/моль;  ΔH0(CO2) = -394,6  кДж/моль.

Рассчитаем тепловой эффект реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:

  ΔH0x.p.= 3ΔH0(FeO) +  ΔH0(CO) – [ΔH0(Fe3O4) +  ΔH0(CO)] =

= [3(-244,5) + (-394,6)] – [(-1014,5) + (-137,2)] = 23,6 кДж.

Термохимическое уравнение будет иметь вид:

Fe3O4 + СО = 3FeO + СO2;  ΔH0= 23,6 кДж.

Так как реакция эндотермическая, то при повышении температуры, согласно принципу Ле Шателье, равновесие системы сместится вправо, в сторону уменьшения теплоты.