Вычисление энергии Гиббса и энтропии химической реакции

 

 

Энергия Гиббса

 

 

Задание 108. 
Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, Вычислите   реакции, протекающей по уравнению:
NH₃ (г) + НСI (г)  =  NH₄С1 (к)
Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?
Ответ: -92,08 кДж.
Решение:
Уравнение процесса имеет вид: NH₃ (г) + НСI (г)  =  NH₄С1 (к),       

Значения   и   находим из соотношений:

Значения    и находим из специальных таблиц, получим:

= (NH4Cl) – (NH3) +  (HCl);
  = -315.39 - [-46,19 + (-92,31)] = -176,89 кДж;
  =  S°(NH4Cl) – [ S°(NH3) +  S°(HCl)];
  = 94,5 – (192,5 + 186,68) = -284,68 Дж/моль ^. К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

 =  - Т;
 = -176,89  – 298(-0,28468) = -92,08 кДж.

То, что < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

Ответ: -92,08 кДж.

---

Равновесие системы 

Задание 109.
При какой температуре наступит равновесие системы:
СО (г) + 2Н₂ (г) = СН₃ОН (ж);  = -128,05 кДж?
Ответ: 385,5 К.
Решение:
Уравнение процесса имеет вид:

СО (г) + 2Н₂ (г) = СН₃ОН (ж); = -128,05 кДж. 

Значение   находим из соотношения:

Значения   находим из специальных таблиц, получим:

  = S°(СН₃ОН) – [S°(СО) + 2S°(H₂)];
  = 126,8 – 197,91 + (2 ^. 130,59) =
= -332,29 Дж/моль ^. К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

 =  - Т;
  = -128,05  – 298(-0,33229) = -290,03 кДж.

То, что  < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм). Найдём температуру, при которой   = 0:

 =  - Т;

0 =    - Т;
 = Т/ ;
Т = /  = -128,05/0,33229 = 385,5 К.

Следовательно, при температуре 385,5 K начнется реакция  взаимодействия монооксида углерода с водородом. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Ответ: 385,5 К.

---

Задание 110.
При какой температуре наступит равновесие системы 
СН₄ (г) + СО₂ (г) =2СО (г) + 2Н₂ (г);   = +247,37 кДж.
Ответ: 961,9 К.
Решение:
Уравнение процесса имеет вид:

СН₄ (г) + СО₂ (г) =2СО (г) + 2Н₂ (г);  = +247,37 кДж.

Значение   находим из соотношения:

Значения   находим из специальных таблиц, получим:

  = [2S°(СО) + 2S°(Н2)] – [S°(CH4)] +  S°(СО)];

  = (2 ^. 197,91) + 2(130,59) – (186,19 + 213,65) =
= +257,16 Дж/моль ^. К.

Найдём температуру, при которой   = 0:

0 =    - Т;
 = Т/ ;
Т = /  = -247,37/0,25716 =  961,9 К.

Следовательно, при температуре 961,9 K начнется реакция  взаимодействия диоксида углерода с метаном. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Ответ:  961,9 К.

---

 Вычисление энергии Гиббса

Задание 111. 
На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите   реакции, протекающей по уравнению:

4NH₃ (г) + 5O₂ (г) =  4NO (г) + 6H₂O (г)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ:  -957,77 кДж.
Решение
Уравнение процесса:

4NH₃ (г) + 5O₂ (г) =  4NO (г) + 6H₂O (г)

  =   - Т;   и   - функции состояния системы, поэтому

 

  = 4 (NО) + 6 (Н₂О) – [4(NH₃) + 5 (О₂)];
  = 4(90,37) + 6(-241,83)] – [4(-46,19)  = -904,74 кДж;
  = 4S⁰ (NO) + 6S⁰ (H₂O)  – [4S⁰(NH₃) + 5S⁰ (O₂)];
  = 4(210,2) + 6(188,72) – [4(192,5)+ 5(205,03)] =
= +177,97 Дж/моль ^. К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

   =  - Т;
  = -904,74   – 298(-0,17797) = -957,78 кДж.

То, что  < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

Ответ:  -957,77 кДж.

---

 

СО₂ (г) + 4Н₂ (г) = СН₄ (г) + 2Н₂О (ж).
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -130,89 кДж.
Решение:
 Уравнение процесса: 

СО₂ (г) + 4Н₂ (г) = СН₄ (г) + 2Н₂О (ж)
   =  - Т;    и   - функции состояния, поэтому

=  (СН₄) + 2 (Н₂О) –   (СО₂)];
  = -74,82 + 2(-285,84) – (-393,51) = -253,02 кДж;
  =  S°(СН₄) + 2S°(H₂O)  – [S°(СО₂) + 4S°(Н₂)];
  = 186,19 + 2(69,94) – [213,65 + 4(130,59)] =
= -409,94 Дж/моль ^. K 

Энергию Гиббсапри соответствующих температурах находим из соотношения:

    =  - Т;
  = -252,02   – 298(-0,40994) = -130,89 кДж.

То, что  < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

Ответ:  -130,89 кДж.

---

Задание: 113.
Вычислите  ,   и   реакции, протекающей по уравнению:
Ее₂О₃ (к) + 3Н₂ (г) = 2Ее (к) + 3Н₂О (г).
Возможна ли реакция восстановления Ее₂О₃ водородом при 500 и 2000 К? Ответ: +96,61 кДж; 138,83 Дж/моль . К; 27,2 кДж; -181,05 кДж.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:   

Ее₂О₃ (к) + 3Н₂ (г) = 2Ее (к) + 3Н₂О (г).

Значения   и   находим из соотношений:

Значения   и   находим из соотношений:

Значения    и находим из специальных таблиц, получим:

  = 3 (Н₂О) – ( (Ее₂О₃);
  = 3(-241,83) - (-822,1)] = 96,61 кДж;
  = 3S°(Н₂О) + 2S°(Fe) – [S°(Ее₂О₃) + 3S°(H₂)];
  = 3(188,72) + 2(27,2) – [89?96 + 3(130,59) =
= -138,83 Дж/моль ^. К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

 =  - Т;
  = -96,61  – 500(-0,13883) = +27,2 кДж;

То, что  > 0, указывает на невозможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм), т. е. при температуре 500 К восстановление Ее₂О₃ водородом не протекает.

 ₍₂₀₀₀₎ = -96,61  – 2000(-0,13883) = -181,05 кДж

То, что  < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм), т. е. при температуре 2000 К восстановление Ее₂О₃ водородом протекает.

Ответ: +96,61 кДж; 138,83 Дж/моль . К; 27,2 кДж; -181,05 кДж.

---

Задание 114.
Какие из карбонатов ВеСО_3, СаСО₃ или ВаСО₃ - можно получить при взаимодействии соответствующих оксидов с СО₂? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив   реакций. Ответ: +31,24 кДж; -130,17 кДж; -216,02 кДж.
Решение:
Значения   приведены в специальных таблицах.

а) ВеО (к) + СО₂ (г) = ВеСО₃ (к)

Находим:

  =  (ВеСО₃) – [ (ВеО) +  (CO₂)];
  = -944,75 – [-581,61 + (-394,38)] = +31,24 кДж

То, что > 0, указывает на невозможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм), т. е. карбонат бериллия нельзя получить из ВеО и СО₂ при н.у..

б) ВаО (к) + СО₂ (г) = ВаСО₃ (к)

Находим:

  =  (ВаСО₃) – [ (ВаО) +  (CO₂)];
  = -1138,8 – [-528,40 + (-394,38)] = -216,02 кДж

То, что  < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм), т. е. карбонат бария можно получить из ВаО и СО₂ при н.у.

в) СаО (к) + СО₂ (г) = СаСО₃ (к)

Находим:

  =  (СаСО₃) – [ (СаО) +  (CO₂)];
  = -1128,75– [-604,2 + (-394,38)] = -130,17 кДж

То, что  < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм), т. е. карбонат кальция можно получить из СаО и СО₂ при н.у..

Ответ:  +31,24 кДж; -130,17 кДж; -216,02 кДж.

Так как  реакции получения ВеСО₃ (-216,02 кДж) больее электроотрицательнее, чем   реакции получения СаСО₃ (-130,17 кДж), то реакция получения ВеСО₃ идет наиболее энергично.