Вычисление энергии Гиббса и энтропии химической реакции

 

Энергия Гиббса

Задание 108. 
Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, Вычислите энергия гиббса  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  тепловой эффект и энтропия  находим из соотношений:

тепловой эффект

Значения   энтропия и энтальпиянаходим из специальных таблиц, получим:

энтальпия= теплота образования(NH4Cl) –теплота образования (NH3) +  теплота образования(HCl);
 энтальпия = -315.39 - [-46,19 + (-92,31)] = -176,89 кДж;
 энтропия =  S0(NH4Cl) – [ S0(NH3) +  S0(HCl)];
 энтропия = 94,5 – (192,5 + 186,68) = -284,68 Дж/моль . К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

энергия гиббса энтальпия - Тэнтропия;
энергия гиббса = -176,89  – 298(-0,28468) = -92,08 кДж.

То, чтоэнергия гиббса < 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); энтальпия = -128,05 кДж.
Ответ:  385,5 К.
Решение:
Уравнение процесса имеет вид:

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

Значение энтропия  находим из соотношения:

тепловой эффект

Значения энтропия  находим из специальных таблиц, получим:

 энтропия =S0  (СН3ОН) – [S0(СО) + 2 S0(H2)];
 энтропия = 126,8 – (197,91 + 2 .130,59) = -332,29 Дж/моль . К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

энергия гиббса энтальпия - Тэнтропия;
 энергия гиббса = -128,05  – 298(-0,33229) = -290,03 кДж.

То, что энергия гиббса < 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  энергия гиббса = 0:

0 =   энтальпия - Тэнтропия;
 энтальпия= Т/энтропия ;
Т = энтальпия/энтропия  = -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);  энтальпия = +247,37 кДж.
Ответ:   961,9 К.
Решение:
Уравнение процесса имеет вид:

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

Значение энтропия  находим из соотношения:

тепловой эффект

Значения  энтропия находим из специальных таблиц, получим:

  энтропия= [2S0 (СО) + 2S0 (Н2)] – [S0 (CH4)] +  S0(СО)];
 энтропия = (2 . 197,91) +2(130,59) – (186,19 + 213,65) = +257,16 Дж/моль . К.

Найдём температуру, при которой  энергия гиббса = 0:

0 =   энтальпия - Тэнтропия;
 энтальпия= Т/энтропия ;
Т = энтальпия/энтропия  = -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 энергия гиббса  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)

 энергия гиббса = теплота образования  - Тэнтропиятеплота образования  и энтропия  - функции состояния, поэтому

 тепловой эффект

 энтальпия = 4теплота образования (NО) + 6теплота образования (Н2О) – [4теплота образования(NH3) + 5теплота образования (О2)];
  энтальпия= 4(90,37) + 6(-241,83)] – [4(-46,19)  = -904,74 кДж;
энтропия  = 4S0 (NO) + 6S0 (H2O)  – [4S0(NH3) + 5S0 (O2)];
энтропия  = 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:

  энергия гиббса энтальпия - Тэнтропия;
энергия гиббса  = -904,74   – 298(-0,17797) = -957,78 кДж.

То, чтоэнергия гиббса  < 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.


Задание 112. 
На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите энергия гиббса  реакции, протекающей по уравнению:

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)
  энергия гиббса энтальпия - Тэнтропия энтальпия  и энтропия  - функции состояния, поэтому
тепловой эффект
энтальпиятеплота образования (СН4) + 2теплота образования (Н2О) –   теплота образования(СО2)];
энтальпия   = -74,82 + 2(-285,84) – (-393,51) = -253,02 кДж;
энтропия  =  S0(СН4) + 2S0 (H2O)  – [S0(СО2) + 4S02)];
 энтропия = 186,19 + 2(69,94) – [213,65 + 4(130,59)] = -409,94 Дж/моль .

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

   энергия гиббса энтальпия - Тэнтропия;
энергия гиббса  = -252,02   – 298(-0,40994) = -130,89 кДж.

То, что энергия гиббса < 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  тепловой эффект и энтропия  находим из соотношений:

тепловой эффект

Значения  тепловой эффект и энтропия  находим из соотношений:тепловой эффект

Значения   энтропия и энтальпиянаходим из специальных таблиц, получим:

 тепловой эффект = 3теплота образования (Н2О) – (теплота образования (Ее2О3);
 тепловой эффект = 3(-241,83) - (-822,1)] = 96,61 кДж;
 энтропия = 3S02О) + 2S0(Fe) – [S0(Ее2О3) + 3S0(H2)];
 энтропия = 3(188,72) + 2(27,2) – [89?96 + 3(130,59) = -138,83 Дж/моль . К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения:

энергия гиббса энтальпия - Тэнтропия;
энергия гиббса  = -96,61  – 500(-0,13883) = +27,2 кДж;

То, что энергия гиббса > 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.

 

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

То, что энергия гиббса < 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 СаСО3 или ВаСО3 - можно получить при взаимодействии соответствующих оксидов с СО2?
Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив энергия гиббса  реакций. Ответ: +31,24 кДж; -130,17 кДж; -216,02 кДж.
Решение:
Значения энергия гиббса  приведены в специальных таблицах.

а) ВеО (к) + СО2 (г) = ВеСО3 (к)

Находим:энергия гиббса

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

То, что энергия гиббса> 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..

а) ВаО (к) + СО2 (г) = ВаСО3 (к)

Находим:энергия гиббса

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

То, что энергия гиббса < 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:энергия гиббса

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

То, что энергия гиббса < 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.