і рівняння після коми.
Термохімічне рівняння реакції горіння ацетилену має вигляд:
С2Н2 (г) + 5? О2 (г)=2СО2 (г) + Н2О (г), DH ° Х.Р. =- 1255,6 кДж.
Тепловий ефект зазвичай відносять до одного молю речовини. Отже, при спалюванні 1 моль С2Н2 виділяється 1255,6 кДж. Однак за умовою задачі спалюється 10 л ацетилену, що складає 10/22,4=0,446 моль С2Н2, де 22,4 л/моль - молярний обсяг будь-якого газу при нормальних умовах. Таким чином, при згорянні 0,446 моль (10 л) С2Н2 виділиться 0,446? (1255,6)=560 кДж теплоти.
Приклад 3.2. Реакція йде по рівнянню Fe2O3 (к) + 2Al (к)=2Fe (к) + Al2O3 (к).
При відновленні 48 г Fe2O3 виділяється 256,1 кДж теплоти. Обчислити тепловий ефект реакції і стандартну ентальпію освіти Fe2O3.
Рішення. Число молей Fe2O3, що містяться в 48 г Fe2O3, становить 48/160=0,3 моль, де 160 г/моль - молярна маса Fe2O3. Так як тепловий ефект відносять до 1 моль речовини, то тепловий ефект даної реакції дорівнює - 256,1/0,3=
=- 853,7 кДж. Запишемо термохімічне рівняння цієї реакції:
2O3 (к) + 2Al (к)=2Fe (к) + Al2O3 (к), DH ° Х.Р. =- 853,8 кДж.
Формула для розрахунку теплового ефекту даної реакції має вигляд:
,
звідси знаходимо:
.
Після підстановки довідкових даних з табл. Б. 1 отримуємо:
=2? 0 - 1676 - 2? 0 + 853,8=- 822,2 кДж/моль.
Таким чином, тепловий ефект реакції дорівнює - 853,8 кДж, а складає - 822,2 кДж/моль.
Приклад 3.3. Виходячи з термохімічних рівнянь:
Н2 (г) + О2 (г)=Н2О2 (ж),? Н ° (1)=- 187 кДж; (1)
Н2О2 (ж) + Н2 (г)=2Н2О (г),? Н ° (2)=- 297 кДж; (2)
Н2О (г)=Н2О (ж),? Н ° (3)=- 44 кДж, (3)
розрахувати значення стандартної ентальпії реакції утворення Н2О (ж).
Рішення. Запишемо рівняння реакції, тепловий ефект якої необхідно визначити: Н2 (г) +? О2 (г)=Н2О (ж),? Н ° (4) -? (4)
У рівняння (1), (2), (3) входять Н2О2 (ж) і Н2О (г), які не входять в рівняння (4). Щоб виключити їх з рівнянь (1), (2), (3), помножимо рівняння (3) на 2 і складемо всі три рівняння:
Н2 (г) + О2 (г) + Н2О2 (ж) + Н2 (г) + 2Н2О (г)=Н2О2 (ж) + 2Н2О (г) + 2Н2О (ж). (5)
Після перетворення рівняння (5) і поділу його на 2 отримуємо шукане рівняння (4). Аналогічні дії проробимо з тепловими ефектами:
.
В результаті отримуємо кДж,
т. е. ентальпія утворення Н2О (ж):=- 286 кДж/моль.
Приклад 3.4. В якому напрямку буде протікати при стандартних умовах реакція СН4 (г) + СО2 (г)? 2СО (г) + 2Н2 (г)?
Рішення. Напрямок протікання хімічної реакції визначає енергія Гіббса (? G). Зміна енергії Гіббса в результаті хімічної реакції дорівнює сумі енергій Гіббса утворення продуктів реакції за вирахуванням суми енергій Гіббса утворення вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів. Формула для розрахунку зміна енергії Гіббса досліджуваної реакції має вигляд
.
Значення? f G ° беремо з табл. Б. 1 і отримуємо
? f G °=[2? (- 137,1) + 2? 0]? [(- 50,8) + (- 394,4)]=+171 кДж.
При р=const, T=const реакція мимовільно протікає в тому напрямку, якому відповідає спад енергії Гіббса. Якщо? G lt; 0, то реакція мимовільно протікає в прямому напрямку. Якщо? G gt; 0, то мимовільне перебіг процесу у прямому напрямку неможливо. Якщо? G=0, то реакція може протікати як у прямому напрямку, так і в зворотному, і система знаходиться в стані рівноваги.
Так як? G ° Х.Р. =+171 КДж, тобто ? G gt; 0, то мимовільне протікання даної реакції в прямому напрямку в стандартних умовах неможливо.
Приклад 3.5. Визначити зміну ентропії в стандартних умовах для реакції, що протікає по рівнянню
С (графіт) + 2Н2 (г)=СН4 (г).
Рішення. Зміна ентропії системи в результаті протікання хімічної реакції (? S) (ентропія реакції) дорівнює сумі ентропій продуктів реакції за вирахуванням суми ентропій вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів:
.
Підставляємо у формулу довідкові дані з табл. Б. 1 і отримуємо:
? S ° Х.Р. =186,2? (5,7 + 2? 130,6)=- 80,7 Дж/К.
Приклад 3.6. За значеннями стандартних ентальпій утворення і стандартних ентропій речовин, що беруть участь в реакції, обчислити зміну енергії Гіббса реакції, що протікає по рівнянню
СО (г) + Н2О (ж)=СО2 (г) + ...
