6.3. Энтропия.

Энтропия является функцией состояния системы ∆S=S₂-S₁, где S₁ и S₂ – энтропии начального и конечного состояния системы

Энтропия

Единицы измерения Дж/(К_*моль)

Обозначается S

Определяет меру хаотичности (беспорядка) молекул, атомов или ионов в системе

Процессы, для которых ∆S>0:

А) расширение газов

Б) фазовые превращения (твердое®жидкое®газообразное состояние)

В) растворение кристаллических веществ

Процессы, для которых ∆S<0:

А) сжижение газов

Б) увеличение концентрации и кристаллизация веществ

Стандартная энтропия чистых веществ относится к 1 моль вещества при Р=101 кПа и Т=298 К и обозначается S₂₉₈⁰ [Дж/(К_*моль)]

6.4. Энергия Гиббса

Энергия Гиббса

Единицы измерения Дж/моль

Обозначается G

Определяет разность между энтальпией и произведением энтропии на абсолютную температуру: G=H-TS

DG_н=DH-TDS

DG_н – изменение энергии Гиббса

DH – изменение энтальпии

T – температура, К.

Самопроизвольные химические процессы идут в направлении уменьшения энергии Гиббса: DG<0

DG⁰ – стандартное изменение энергии Гиббса, когда реакция идет при стандартных условиях (Т=298 К и Р=1.013_*10³ Па)

DG⁰=DH⁰-TDS⁰

DH⁰ и DS⁰ – стандартные изменения энтальпии и энтропии.

Знак G указывает на возможность протекания реакции.

Если DG=0, система находится в состоянии динамического равновесия

Если DG<0, равновесие сдвинуто в сторону образования продуктов реакции.

Если DG>0, равновесие сдвинуто в сторону образования реагентов.

6.5. Направление протекания реакций в зависимости от знаков dh, ds, dg

DH, DS, DG	Возможность самопроизвольного протекания реакции	Примеры
- + -	При любой температуре	2C6H6(ж)+15О2(г)=12СО2(г)+6Н2О(г)
+ - +	Термодинамически невозможна. Может идти в образном направлении	N2(г)+2О2=2NO2(г)
- - +	При низких температурах	N2(г)+3Н2=2NН3(г)
+ + +	При высоких температурах	N2O4(г)=2NO2(г)

В ряду соединений одного типа чем меньше стандартная энтальпия образования соединений, тем больше его термодинамическая устойчивость относительно разложения на более простые вещества:

Соединения

DH0298

G0298

Термодинамическая устойчивость уменьшается от ZnO к HgO

6.6. Задания для контрольной работы

101. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод CS₂(г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив её тепловой эффект.

102. Напишите термохимическое уравнение реакции между CO (г) о водородом, в результате которой образуются СН₄ (г) и H₂O (г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчёте на нормальные условия?

103. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив её тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакцию было израсходовано 10 л аммиака в пересчёте на нормальные условия?

104. При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS.

105.При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С₂Н₆ (г).

106. При какой температуре наступит равновесие системы:

4HCl(г) +O₂ (г) = 2H₂O (г) + 2Cl₂(г); ∆Н = – 114,42 кДж?

Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при каких температурах?

107.Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) вода в пар; б) графит в алмаз? Почему? Вычислите ∆S⁰₂₉₈ для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

108. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях системы:

2NO (г) + O₂ = 2NO₂ (г)

Ответ мотивируйте, вычислив ∆G⁰₂₉₈ прямой реакции.

109. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

NH₃ (г) + НCl₂ (г) = NH₄Cl (к)

Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

110. При какой температуре наступит равновесие системы:

СН₄ (г) + СO₂ (г) = 2СO(г) + 2H₂ (г); ∆Н = 247,37 кДж?

111. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

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

112. Возможна ли реакция 4NH₃ (г) + 5 O₂ (г) = 4NO(г) + 6H₂O (г)

при стандартных условиях?

113. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

СO₂ (г) + 4 H₂ (г) = СН₄ (г) + 2 H₂O (ж).

114.Возможна ли реакция СO₂ (г) + 4 H₂ (г) = СН₄ (г) + 2 H₂O (ж).

при стандартных условиях?

115. Вычислите ∆G⁰_т, ∆Н⁰ , ∆S⁰ реакции, протекающей по уравнению:

Fe₂O₃ (к) + 3 H₂ (г) = 2 Fe(к) + 3 H₂O (г)

116. Возможна ли реакция восстановления Fe₂O₃ водородом при температурах 500 и 2000⁰ К?

117. На основании стандартных теплот образования и абсолютных теплот стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

СO(г) + 3 H₂ (г) = СН₄ (г) + H₂O (г).

118.Возможна ли реакция СO(г) + 3 H₂ (г) = СН₄ (г) + H₂O (г).

при стандартных условиях?

119. На основании стандартных теплот образования и абсолютных теплот стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

СН₄ (г) + 3O₂ (г) = 2 СO₂ (г) + 2H₂О(ж)

120.Возможна ли реакция СН₄ (г) + 3O₂ (г) = 2 СO₂ (г) + 2H₂О(ж)

при стандартных условиях?