Самостоятельная работа №2. Химическая термодинамика

Для выполнения самостоятельной работы по этой теме следует предварительно изучить соответствующие главы [1] (главы 5 и 6), теоретический лекционный материал и примеры решения задач и упражнений в [3], [6], [9].

Самостоятельная работа №1 содержит три задания. Основными справочными материалами к данной теме являются справочники по физико-химическим свойствам веществ [5]. Необходимые справочные материалы по большинству веществ содержатся в соответствующих таблицах в приложениях в конце учебника [1], [2], [4].

Задание 1.

Основные знания и умения: общие понятия об энтальпии, энтропии, энергии Гиббса, умение рассчитывать тепловой эффект химической реакции и энтропию с использованием следствия из закона Гесса, проводить расчеты энергии Гиббса по табличным данным и формулам, определять возможность самопроизвольного протекания процесса на основании значений Энергии Гиббса, проводить расчеты указанных величин как при стандартном состоянии веществ, так и при любых отличных от стандартных.

1. Вычислите тепловой эффект реакции SO_2г + Cl_2г  SO₂Cl_2г при Т=298 К, стандартных состояниях веществ и при: а) p=const, б) при V=const.

Решение:

Согласно принятой термодинамической системе знаков, тепловой эффект реакции отождествляется с изменением энтальпии или внутренней энергии системы. Теплота, поглощенная системой, считается положительной и соответствует положительному тепловому эффекту и положительному изменению энтальпии, а теплота, отданная системой в окружающую среду, - отрицательной и соответствует тепловому эффекту и энтальпии со знаком «минус». Тепловые эффекты химических реакций подчиняются законам Гесса, а следствием этого закона является то, что тепловой эффект процесса можно рассчитать как разность суммарной энтальпии продуктов реакции и суммарной энтальпии исходных веществ:

Δ_rН⁰ = ∑ν_iΔ_f Н ⁰ _{продуктов} – ∑ν_j Δ_f Н ⁰_{исх. в-в}

Стандартные энтальпии образования табулированы при 298,15К (Δ_f Н ⁰_{i 298}, кДж/моль). Следует помнить, что стандартное состояние вещества отвечает нахождению газообразных веществ в виде идеальных газов с относительным парциальным давлением, равным 1, растворов – в виде идеальных растворов с концентрацией 1 моль/л.

Стандартную энтальпию образования вещества определяем по таблице «Термодинамические характеристики некоторых веществ (при 298)», имеющейся в приложениях учебника, задачника, сборника лабораторных работ или справочниках по физико-химическим свойствам веществ.

Для термодинамических расчетов в данной работе следует выписать из таблицы все необходимые термодинамические характеристики веществ Вашей реакции:

Таблица 1. Термодинамические характеристики веществ.

Вещество	Δf Н 0 298, кДж/моль	S 0 298, Дж/(моль∙K)	Δf G 0 298, кДж/моль	C 0 298, Дж/(моль∙K)	Область Т,К
SO2г	-296,9	248,07	-300,21	39,87	298÷2000
Cl2г	0	222,96	0	33,93	298÷3000
SO2Cl2г	-363,17	311,29	-318,85	77,4	298÷1000

а) при p=const.

Q_p = ∆_rH⁰₂₉₈ = _fH⁰₂₉₈(SO₂Cl_2г) - _fH⁰₂₉₈ (SO_2г) - _fH⁰₂₉₈ (Cl_2г) = -363,17 - (-296,9) = = -66,27 кДж

∆_rH⁰₂₉₈= -66,27 кДж ∆_rH⁰₂₉₈˂ 0 – реакция экзотермическая

б) при V=const.

Q_v = Q_p- ∆RT, где ∆ - разница между числом молей газообразных продуктов и числом молей газообразных исходных веществ (разность стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции): ∆ = 2-1 = 1моль

Q_v = -66,27 - 1∙8,31∙298 = -2542,65 кДж