4. Расчет и построение графической зависимости стандартного теплового эффекта реакции от температуры

Чтобы получить уравнение зависимости теплоты реакции от температуры в виде степенного ряда, воспользуемся уравнением Кирхгоффа:

dΔH°/dT = Δ_rC_p , где

Δ_rC_p – изменение теплоемкости в ходе химической реакции.

Для того, чтобы получить уравнение зависимости теплоты реакции от температуры проинтегрируем уравнение Кирхгоффа с использованием выражения ΔС_р в виде полученного степенного ряда. Получим уравнение:

Δ_rH° = ΔH_j + Δ_raT + Δ_rbT²/2 + Δ_rcT³/3

где ΔН_j – константа интегрирования, которую необходимо предварительно рассчитать. Для этого воспользуемся значением стандартного теплового эффекта при температуре 298,15 К и, соответственно, Т = 298,15 К.

ΔH_j = Δ_rH°₂₉₈ - Δ_ra*298,15 + Δ_rb(298,15)²/2 + Δ_rc(298,15)³/3

=> ΔHj = -206070 +(-112.46*298,15 +188.87 *10^-3*(298,15)²/2 -60.13*10^-6*(298,15)³/3= -180906.584 Дж/моль;

Теперь мы имеем уравнение для расчета теплового эффекта реакции при любой температуре в пределах, определенных интервалами температур для Ср,k:

Δ_rH°_т= -180906.584 -112.46*Т + 188.87*10^-3*Т²/2 – 60.13×10^-6*Т³/3

Рассчитаем тепловой эффект в заданном интервале температур с шагом в 50 градусов. Полученные значения внесем в таблицу 2.

T, K ΔrHт 430 -213396.9378 480 -215346.1923 530 -216967.5838 580 -218276.1449 630 -219286.9079 680 -220014.9054 730 -220475.1699 780 -220682.7339 830 -220652.6299

5. Расчет изменения стандартной энтропии реакции при Т=298,15 К

По данным об абсолютных значениях энтропии участников реакции найдем изменение энтропии реакции: Δ_rS°₂₉₈ = Σν_iS°_{i,298 прод} – Σν_jS°_{j,298 реаг}

Δ_rS°₂₉₈ = 298,24 – (3*130,52+269,20) = -362.52 Дж/моль·К

Энтропия – это функция, которая характеризует «порядок» в системе – чем больше значение энтропии, тем больше в системе «беспорядок». В данном случае при протекании реакции энтропия значительно уменьшилась.

6. Расчет изменения стандартной энергии Гиббса при Т=298 К

Рассчитаем изменение стандартной энергии Гиббса при Т=298 К в Дж/моль по уравнению и сделаем вывод о направлении протекания реакции при исходных условиях: Δ_rG°₂₉₈ = Δ_rH°₂₉₈ - TΔ_rS°₂₉₈

Δ_rG°₂₉₈ = -206070 - 298,15*(-362.52) = -97984.662 Дж/моль

Энергия Гиббса является критерием самопроизвольного протекания процесса. Полученное изменение энергии Гиббса меньше нуля, значит при Т=298,15К реакция может идти в сторону образования продуктов.

7. Расчет констант равновесия при р=1 атм. и Т=298 К

Рассчитаем lnK_p,298 , K_p,298 , K_c при Т=298,15 К:

Из уравнения ΔG°_т = -RTlnKp найдем значение lnK_p = - Δ_rG°₂₉₈/RT ,

lnK_p = 97984.662 / (8,314×298,15) = 39,53; K_p =1.469*10¹⁷

а, используя соотношение между К_р и К_с, найдем значение К_с: К_р = К_с(RT)^Δν , где Δν = Σν_i – Σν_j.

K_c = 1.469*10¹⁷/(8,314×298,15)^-3 = 2,23×10²⁷