Н2 (г).
Рішення. Зміна енергії Гіббса в хімічній реакції при температурі Т можна обчислити за рівнянням
? G ° Х.Р. =? Н ° Х.Р.- Т? S ° Х.Р ..
Тепловий ефект реакції? Н ° Х.Р. і зміна ентропії? S ° Х.Р. визначаємо по слідству із закону Гесса:
;
.
Використовуючи довідкові дані табл. Б. 1, отримуємо:
? Н ° Х.Р. =[(- 393,5) + 0]? [(- 110,5) + (- 285,8)]=+2,8 кДж;
? S ° Х.Р. =(213,7 + 130,6)? (197,5 + 70,1)=+76,7 Дж/К.
Зміна енергії Гіббса в хімічній реакції:
? G ° Х.Р. =? Н ° Х.Р.- Т? S ° Х.Р .; Т=298 К;
? G ° Х.Р. =2,8? 298? 76,7? 10-3=- 20,05 кДж.
Приклад 3.7. Визначити температуру, при якій встановиться рівновага в системі
СаСО3 (к) СаО (к) + СО2 (г).
Рішення. При хімічній взаємодії одночасно змінюється ентальпія, що характеризує прагнення системи до порядку, і ентропія, що характеризує прагнення системи до безладу. Якщо тенденції до порядку і безладу в системі однакові, то? H ° Х.Р. =Т? S ° Х.Р., Що є умовою рівноважного стану системи. Звідси можна визначити температуру, при якій встановлюється рівновага хімічної реакції для стандартного стану реагентів:
.
Спочатку обчислюємо? Н ° Х.Р. і? S ° Х.Р. за формулами:
;
.
Використовуючи довідкові дані табл. Б. 1 отримуємо:
DH ° Х.Р. =[- 635,5 + (- 393,5)] - (- 1207,1)=178,1 кДж;
D S ° Х.Р. =(39,7 + 213,7) - 92,9=160,5 Дж/К або 0,1605 кДж/К.
Звідси температура, при якій встановлюється рівновага:
травно. =178,1/0,1605=1109,5 К.
Приклад 3.8. Обчислити DH ° Х.Р.,? S ° Х.Р. і DG ° T реакції, що протікає по рівнянню Fe2O3 (к) + 3C (к)=2Fe (к) + 3CO (г). Чи можлива реакція
відновлення Fe2O3 вуглецем при температурі 298 і 1000 К?
Рішення. Обчислюємо DH ° Х.Р. і D S ° Х.Р .:
,
DH ° Х.Р. =[3 (- 110,5) + 2 · 0] - [- 822,2 + 3 · 0]=- 331,5 + 822,2=+490,7 кДж;
,
DS ° Х.Р. =(2 · 27,2 + 3 · 197,5) - (89,9 + 3 · 5,7)=539,9 Дж/К або 0,540 кДж/К.
Енергію Гіббса при відповідних температурах знаходимо зі співвідношення DG ° Х.Р. =DH ° Х.Р.- Т D S ° Х.Р ..
D G ° 298=490,7 - 298? 0,540=+329,8 кДж;
D G ° 1000=490,7 - 1000? 0,540=- 49,3 кДж.
Так як D G ° 298 gt; 0, а D G ° +1000 lt; 0, то відновлення Fe2O3 вуглецем можливо при 1000 К і неможливо при 298 К.
Завдання і вправи для самостійного вирішення
. 1. а). Обчислити тепловий ефект і написати термохімічне рівняння реакції між СО (г) і Н2 (г), в результаті якої утворюються СН4 (г) і Н2О (г). Скільки теплоти виділиться, якщо в реакції було витрачено 100 л СО при нормальних умовах? (Відповідь: - 206,2 кДж; 920,5 кдж).
б). Пряма або зворотна реакція буде протікати при 298 К в системі
NO (г) + O2 (г)=2NO2 (г)?
Відповідь обгрунтувати, обчисливши? G ° Х.Р ..
. 2. а). Реакція горіння етилену виражається рівнянням
С2Н4 (г) + 3О2 (г)=2СО2 (г) + 2Н2О (г).
При згорянні 1 л С2Н4 при нормальних умовах виділяється 59,06 кДж теплоти. Визначити стандартну ентальпію освіти етилену.
(Відповідь: 52,3 кДж/моль).
б). Користуючись значеннями? Н ° Х.Р. і? S ° Х.Р., Обчислити? G ° реакції при 298 К
С (графіт) + О2 (г)=СО2 (г). (Відповідь: - 394,4 кДж).
. 3. а). Спалено з утворенням H2O (г) рівні об'єми водню і ацетилену, взяті при однакових умовах. У якому випадку виділиться більше теплоти? У скільки разів? (Відповідь: 5,2).
б). Виходячи з стандартних ентальпій утворення і стандартних ентропій відповідних речовин, обчислити? G ° Х.Р. для реакції, що протікає по рівнянню Н2 (г) + СО2 (г)=СО (г) + Н2О (ж). Чи може ця реакція при стандартних умовах йти мимовільно? (Відповідь: 20 кДж).
. 4. а). Обчислити, скільки теплоти виділиться при згоранні 165 л ацетилену при нормальних умовах, якщо продуктами згоряння є діоксид вуглецю і пари води. (Відповідь: 9248,8 кДж).
б). Чи можлива при стандартних умовах реакція
Al (к) + 3CO2 (г)=2Al2O3 (к) + 3C (к)?
Відповідь обгрунтувати, обчисливши? G ° Х.Р ..
