4. Расчет изменения теплоемкости в ходе химической реакции

Теплоемкость зависит от температуры, и эта зависимость С_{р k} для любого вещества выражается степенным рядом:

C_p = a + bT×10^-3 + c′ T^-2×10⁵ для неорганических веществ и

C_p = a + bT×10^-3 + c T²×10^-6 для органических веществ.

Но если в реакции участвуют органические и неорганические вещества, то изменение теплоемкости реакции будет выражаться четырехчленным рядом:

∆_rС_Р = ∆_ra + ∆_rbT + ∆_rcT² + ∆_rc′ Т^-2

Cначала рассчитаем изменение каждого коэффициента степенного ряда теплоемкости:

∆_ra = Σν_ia_i - Σν_ja_j = 27,28 + 12,44 - 1,72 = 38;

∆_rb = Σν_ib_i - Σν_jb_j = 3,26 + 188,38 - 270,75 = -79,1×10^-3;

∆_rc = Σν_ic_i - Σν_jc_j = - 47,6 - (- 94,48) = 46,88×10^-6

∆_rc′ = Σν_ic′_i - Σν_jc′_j = 0,5×10⁵

В результате получим выражение:

∆_rC_P = 38 - 79,1×10^-3×Т + 46,88×10^-6×Т² + 0,5×10⁵×Т^-2 = 19,14314846 Дж/моль*К

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

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

∆_rH⁰ = ∆H_J + ∆_raT + + - ∆_rc′T^-1

где ∆Η_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

124260 = ∆Η_J + 38×298,15 − 0,03956×(298,15)² + 1,5627×10^-5 ×(298,15)³ − 0,5×10⁵ ×(298,15)^-1

∆Η_J = 116200,018 Дж/моль = 116200,02 Дж/моль;

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

∆_rΗ⁰_Т = 116200,02 + 38×Т - 0,03956×(Т) ² + 1,5627×10^-5×(Т) ³ - 0,5×10⁵×(Т)^-1

Рассчитаем тепловой эффект в интервале температур (Т - 200) ÷(Т + 200) с шагом в 50 градусов: Полученные значения внесём в таблицу 2 и построим график ∆_rΗ⁰_Т = f (T):

6. Расчет изменения стандартной энтропии реакции при Т=298 К

По данным об абсолютных значениях энтропий участников реакции найдем изменение энтропии реакции:

∆_rS⁰₂₉₈ = Σν_iS⁰_i,298 - Σν_jS⁰_j,298

∆_rS⁰₂₉₈ = 266,94 + 130,52 - 269,91 = 127,55 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 возросла.

7. 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:

∆_rG⁰₂₉₈ = ∆_rΗ⁰₂₉₈ − T∆_rS⁰₂₉₈

∆_rG⁰₂₉₈ = 124260 - 298,15×127,55 = 86230,968 Дж/моль.

Энергия Гиббса является критерием самопроизвольного протекания процесса. Полученное изменение энергии Гиббса больше нуля, следовательно, при Т=298,15 К реакция самопроизвольно не может идти в сторону образования продуктов (конечных веществ).

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

Рассчитаем lnK_P,298 , К_Р,298 и К_С при Т = 298,15 К:

Из уравнения ∆G⁰_Т = − RT lnK_P найдем значение

lnK_P = - , lnK_P = - = -34,78712,

К_Р = 7,80095E-16

а, используя соотношение между К_Р и К_С, найдем значение К_С.

K_Р = K_С (RT)^∆ν , где ∆_rν = Σν_i - Σν_j

К_С = = 3,19079E-17