С(графит) 298 ÷ 2300

СО₂ (г) 298 ÷ 2500

СО (г) 298 ÷ 2500

Как следует из полученных данных, искомой областью температур, в которых возможно самопроизвольное протекание данной реакции при стандартных состояниях, является интервал 982÷2300 К.

Пример 10. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса химической реакции (1) С(к) + СО₂(г) = 2СО(г) при 298 К, если известны значения энергии Гиббса следующих реакций:

(2) С(к) + О₂(г) = СО₂(г) ∆_rG⁰₂₉₈ = −394,37 кДж;

(3) Fe(к) + CО₂(г) = FeO(к) + CO(г) ∆_rG⁰₂₉₈ = 12,92 кДж;

(4) 2Fe(к) + O₂(г) = 2FeO(к) ∆_rG⁰₂₉₈ = −488,6 кДж.

Решение. Согласно закону Гесса, энергия Гиббса реакции не зависит от числа промежуточных стадий и веществ, в результате которых получена эта реакция. Для того, чтобы получить уравнение реакции (1), нужно сложить уравнение реакции (2) и удвоенное уравнение реакции (3) и вычесть уравнение реакции (4). Для определения энергии Гиббса реакции (1) те же действия нужно проделать со значениями ∆_rG⁰₂₉₈ соответствующих реакций. Тогда ∆_rG⁰₁ = ∆_rG⁰₂ + 2∆_rG⁰₃ −∆_rG⁰₄ = −394,37 + 2(12,92) –(−488,6) = = 120,1 кДж, что совпадает со значением, рассчитанным в примере 7.

Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитайте стандартные энтальпию, энтропию и энергию Гиббса реакции С(к) + О₂(г) = СО₂(г) при 298 К. Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при данной температуре при стандартных состояниях компонентов? Как скажется повышение температуры на вероятности протекания реакции в прямом направлении? Какое количество тепла выделяется (или поглощается) при образовании 88 г СО₂?

2. Может ли при 298 К и стандартных состояниях компонентов самопроизвольно протекать реакция Н₂О₂(ж) = Н₂О(ж) + 1/2О₂(г)? Способствует ли энтропийный фактор самопроизвольному протеканию процесса? Как скажется повышение температуры на вероятности протекания реакции в прямом направлении?

3. Рассчитайте стандартные энтальпию, энтропию и энергию Гиббса реакции Н₂О(ж) + 1/2О₂(г) = Н₂О₂(ж) при 298 К. Возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при данной температуре и стандартных состояниях компонентов? Изменится ли направление самопроизвольного протекания этой реакции, если ее проводить при 800 К и р_О2 = 10⁻⁴ атм?

4. Рассчитайте стандартные энтальпию и энергию Гиббса реакции Cu₂О(к) + 1/2О₂(г) = 2CuО(к) при 298 К. Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при данной температуре при стандартных состояниях компонентов? Изменится ли направление самопроизвольного протекания этой реакции, если ее проводить при 1000 К и р_О2= 10⁻⁴ атм?

5. Может ли при 298 К и стандартных состояниях компонентов самопроизвольно протекать реакция PtCl₄(к) = PtCl₂(к) + Cl₂(г)? Способствует ли энтропийный фактор самопроизвольному протеканию процесса? Как скажется повышение температуры на вероятности протекания реакции в прямом направлении?

6. Может ли при стандартных состояниях компонентов и 298 К самопроизвольно протекать реакция С₂Н₂(г) + Н₂(г) = С₂Н₄(г)? Рассчитайте, какое количество тепла выделится (или поглотится) при гидрировании 224 л (н.у.) ацетилена.

7. Может ли самопроизвольно протекать реакция С₂Н₄(г) + Н₂(г) =

= С₂Н₆(г) при 1000 К и парциальных давлениях компонентов (кПа):

р_С2Н4 = 1; р_Н2 = 1; р_С2Н6 = 10⁴?

8. Стандартная теплота (энтальпия) реакции горения этана до СО₂ и Н₂О(ж) ∆_rН⁰₂₉₈ = −1560 кДж/мольC₂H₆. Напишите реакцию горения этана. Рассчитайте энтальпию образования этана, используя приведенное значение. Напишите термохимическую реакцию образования этана, тепловой эффект которой отвечает энтальпии образования С₂Н₆(г).

9. Стандартная теплота (энтальпия) реакции сгорания этилена С₂Н₄(г) до СО₂ и Н₂О(ж) ∆_rН⁰₂₉₈= −1411 кДж/мольС₂Н₄. Напишите реакцию сгорания этилена. Рассчитайте энтальпию образования этилена, используя приведенное значение. Напишите термохимическую реакцию образования этилена, тепловой эффект которой отвечает энтальпии образования С₂Н₄(г).

10. Определите энтальпию реакции превращения ацетилена в бензол

3С₂Н₂(г) = С₆Н₆(г) по известным энтальпиям сгорания ацетилена и бензола в соответствии с реакциями

С₂Н₂(г) + 5/2О₂(г) = 2СО₂(г) + Н₂О(ж) ∆_rН⁰₂₉₈ = −1300 кДж/мольС₂Н₂ и

С₆Н₆(г) + 15/2О₂(г) = 6СО₂(г) + 3Н₂О(ж) ∆_rН⁰₂₉₈ = −3300кДж/мольС₆Н₆. Сформулируйте правило расчета энтальпии химической реакции по известным энтальпиям сгорания веществ.

11. Рассчитайте количество теплоты, выделившееся при сжигании 100 л (н.у.) газа пропана С₃Н₈ до СО₂ и Н₂О(ж) при стандартных состояниях компонентов и 298 К. Напишите реакцию горения пропана. Определите количество молей веществ, вступивших в реакцию.

12. Рассчитайте количество теплоты, выделившееся при сжигании 500 л (н.у.) ацетилена С₂Н₂ до СО₂ и Н₂О(ж) при стандартных состояниях компонентов и 298 К. Напишите реакцию горения ацетилена. Определите количество молей веществ, вступивших в реакцию.

13. При полном сгорании этилена до СО₂ и Н₂О(ж) при стандартном состоянии компонентов выделилось 6226 кДж тепла. Рассчитайте объем вступившего в реакцию кислорода, приведенный к нормальным условиям.

14. Определите температурный интервал самопроизвольного протекания реакции Na(к) + 1/2Cl₂(г) = NaCl(к) при стандартном состоянии компонентов, считая энтальпию и энтропию реакции не зависящими от температуры. Определите, возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции в прямом направлении при 600 К и p_Cl2 = 10⁻⁵атм?

15. Определите температурный интервал самопроизвольного протекания реакции CuSO₄(к) = CuO(к) + SO₃(г) при стандартном состоянии компонентов, считая энтальпию и энтропию реакции не зависящими от температуры. Возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при 900 К и p_SO3 = 10⁻¹⁰атм?

16. Определите температурный интервал самопроизвольного протекания реакции ZnSO₄(к) = ZnO(к) + SO₃(г) при стандартном состоянии компонентов, считая энтальпию и энтропию реакции не зависящими от температуры. Возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при 900 К и p_SO3 = 10⁻⁵атм?

17. Определите температурный интервал самопроизвольного протекания реакции Cu(к) + 1/2Cl₂(г)=CuCl(к) при стандартном состоянии компонентов, считая энтальпию и энтропию реакции не зависящими от температуры. Возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при 600 К и

p_Cl2 = 10⁻⁴атм?

18. Какой из оксидов Li₂O или MgO обладает большим сродством к воде? Ответ обоснуйте расчетом ∆_rG⁰₂₉₈ реакций гидратации соответствующих оксидов.

19. Определите возможность восстановления диоксида титана углем до свободного металла при стандартных состояниях компонентов по реакции TiO₂(к) + 2C(к) = Ti(к) + 2CO(г) при 298 К и 1500 К.

20. Определите возможность получения металлического магния из оксида путем восстановления алюминием по реакции 3MgO(к) + 2Al(к) =

= 3Mg(к) + Al₂O₃(к) при 900 К и стандартных состояниях компонентов.

21. Определите стандартную энтальпию, энтропию и энергию Гиббса реакции, протекающей в растворе по уравнению Zn(к) + CdSO₄(p) =

= ZnSO₄(p) + Cd(к) при 298 К. Сделайте выводы по полученным значениям. Определите, при каком соотношении активностей ионов цинка и кадмия в растворе возможно самопроизвольное протекание обратной реакции в тех же условиях?

22. Определите стандартную энтальпию, энтропию и энергию Гиббса реакции, протекающей в растворе по уравнению Fe(к) + NiSO₄(p) =

= FeSO₄(p) + Ni(к) при 298 К. Сделайте выводы по полученным значениям. При каком соотношении активностей ионов железа и никеля в растворе возможно самопроизвольное протекание обратной реакции в тех же условиях?

23. Выразите энтальпию ∆_rH⁰ и энергию Гиббса ∆_rG⁰ реакции

2Н₂(г) + О₂(г) = 2Н₂О(г) через те же характеристики реакций 2СО₂(г) = 2СО(г) + О₂(г) и СО(г) + Н₂О(г) = СО₂(г) + Н₂(г).

24. На основании расчета ∆_rG⁰₂₉₈ реакции FeO(к) + 2HCl(р) = FeCl₂(р) +

+ H₂(г) определите, защитит ли оксидная пленка железа поверхность металла от воздействия раствора соляной кислоты в условиях, близких к стандартным.

25. На основании расчета ∆_rG⁰₂₉₈ реакции Fe₂O₃(к) + 6HCl(р) = = 2FeCl₃(р) + 3H₂(г) определите, защитит ли оксидная пленка железа поверхность металла от воздействия раствора соляной кислоты в условиях, близких к стандартным.

26.  На основании расчета ∆_rG⁰₂₉₈ реакции Al₂O₃(к) + 6HCl(р) = = 2AlCl₃(р) + 3H₂(г) определите, защитит ли оксидная пленка алюминия поверхность металла от воздействия раствора соляной кислоты в условиях, близких к стандартным.

27. При восстановлении 25,4 г оксида меди(II) углем с образованием СО(г) поглощается 16,48 кДж тепла. Определите стандартную энтальпию образования CuO(к) по этим и справочным данным и температурный интервал самопроизвольного протекания данной реакции при стандартных состояниях компонентов.