Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
200
Добавлен:
15.04.2015
Размер:
3.01 Mб
Скачать

используя значения стандартных энтальпий образования веществ. Ответ: -204,7 кДж/моль.

151.Вычислить тепловой эффект реакции

,

используя значения стандартных энтальпий образования веществ.

Ответ: -234,48 кДж.

152. Вычислить тепловой эффект реакции горения бензола по уравнению

используя значения стандартных энтальпий образования веществ.

Ответ: -3169,38 кДж.

Химическое сродство

При решении задач этого раздела см. табл. 2-4. Самопроизвольно могут протекать реакции, сопровождающиеся

не только выделением, но и поглощением теплоты.

Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре происходит с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации), к уменьшению Н; с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением, а вторая – с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.

Энтропия S, так же как внутренняя энергия , энтальпия Н, объем и др., является свойством вещества, пропорциональным его

41

количеству. обладают аддитивными свойствами, т.е. при соприкосновении систем суммируются. Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы: конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т.п., ведут к уменьшению энтропии.

Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение зависит только от начального и конечного состояния и не зависит от пути процесса:

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка . Энтропия выражается в

Дж/(моль·К). Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух сил: стремления к упорядочению (Н) и стремления к беспорядку . При общую движущую силу про-

цесса, которую обозначают , можно найти из соотношения:

Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса.

Итак, мерой химического сродства является убыль энергии Гиббса , которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому:

42

Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения потенциала и, в частности, в сторону уменьшения . Если , процесс принципиально осуществим, если G> 0, процесс самопроизвольно проходить не может. Чем меньше , тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния равновесия, при котором

Из соотношения

 

видно,

что самопроизвольно

могут протекать и процессы, для которых

(эндотермические).

Это возможно, когда

,

но

и тогда

С

другой стороны, экзотермические реакции

 

самопроиз-

вольно не протекают, если при

окажется, что

.

Пример 1. В каком состоянии энтропия 1 моля вещества больше: в кристаллическом или в парообразном при той же температуре?

Решение. Энтропия есть мера неупорядоченности состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) расположены упорядоченно и могут лишь находиться в определенных точках пространства, а для газа таких ограничений нет. Объем 1 моля газа гораздо больше, чем объем 1 моля кристаллического вещества; возможность хаотичного движения молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия 1 моля паров вещества больше энтропии 1 моля его кристаллов при

одинаковой температуре.

 

 

 

Таблица3.

 

 

 

 

 

 

Стандартная энергия Гиббса образования

некоторых ве-

ществ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вещество

Состоя-

G0298,

Вещество

Состояние

 

G0298,

 

ние

кДж/моль

 

 

 

кДж/моль

 

BaCO3

К

-1138,8

H2O

Г

 

-228,59

 

Al2O3

К

-1582,0

PbO2

К

 

-219,0

 

CaCO3

К

-1128,75

NiO

К

 

-211,6

 

Fe3O4

К

-1014,2

H2O2

Ж

 

-207,9

 

BeCO3

К

-944,75

PbO

К

 

-189,1

 

TiO2

К

-888,6

CO

Г

 

-137,27

 

Fe2O3

К

-740,3

CuO

К

 

-129,9

 

CaO

К

-604,2

HCl

Г

 

-95,2

 

BeO

К

-581,61

CH4

Г

 

-50,79

 

BaO

К

-528,4

NO2

Г

 

+51,84

 

 

 

 

43

 

 

 

 

CO2

Г

-394,38

NO

Г

+86,69

NaCl

К

-384,03

C2H4

Г

+68,1

ZnO

К

-318,2

N2O4

Г

+98,4

FeO

К

-244,3

C2H2

Г

+209,20

H20

Ж

-237,19

NaF

К

-570,3

Пример 2. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе

Решение. Для ответа на вопрос следует вычислить

пря-

мой реакции. Значения

соответствующих веществ приведены в

табл.3. Зная, что есть функция состояния и что для простых

веществ, находящихся

в устойчивых при стандартных условиях

агрегатных состояниях,

равны нулю, находим G процесса:

То, что указывает на невозможность самопроизвольного протекания прямой реакции при Т=298 К и равенстве давлений взятых газов 1,013∙105 Па (760 мм рт.ст.=1 атм).

 

 

 

 

 

Таблица 4

Абсолютные стандартные энтропии

некоторых веществ

 

 

 

 

 

 

Вещество

Состояние

S0298,

Вещество

Состоя-

S0298,

 

 

Дж/(моль·К)

 

ние

Дж/(моль·К)

C

Алмаз

2,44

H2O

Г

188,72

C

Графит

5,69

N2

Г

191,49

Fe

К

27,2

NH3

Г

192,50

Ti

К

30,7

CO

Г

197,91

S

Ромб.

31,9

C2H2

Г

200,82

TiO2

К

50,3

O2

Г

205,03

FeO

К

54,0

H2S

Г

205,64

H2O

Ж

69,94

NO

Г

210,20

Fe2O3

К

89,96

CO2

Г

213,65

NH4Cl

К

94,5

C2H4

Г

219,45

CH3OH

Ж

126,8

Cl2

Г

222,95

H2

Г

130,59

NO2

Г

240,46

 

 

 

44

 

 

Fe3O4

К

146,4

PCl3

Г

311,66

CH4

Г

186,19

PCl5

Г

352,71

HCl

Г

186,68

 

 

 

Пример 3. На основании стандартных теплот образования (табл.2) и абсолютных стандартных энтропий веществ (табл. 4) вычислите G0298 реакции, протекающей по уравнению

Решение. - функции состояния, поэтому:

(1)

(2)

Пример 4. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению:

 

.

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изме-

нение энтропии

При какой температуре нач-

нется восстановление ?

Решение. Вычисляем реакции:

45

Так как , то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой :

Следовательно, при температуре ≈696,5К начнется реакция восстановления . Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Пример 5. Вычислитe реакции по уравнению:

Возможна

ли реакция

восстановления

углеродом при

температуре 500 и 1000К?

 

 

Решение.

и

. находим из соотношений (1) и (2) так

же, как в примере 3:

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения

46

Так как , а , восстановление углеродом возможно при 1000К и невозможно при 500К.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

153. Вычислите для следующих реакций:

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить по реакции (б)?

Ответ: +372,4 кДж; -417,4 кДж.

154. Восстановление оксидом углерода идет по уравнению:

Вычислите и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равна в этом процессе?

Ответ: +24,19кДж; +31,34 Дж/К.

155. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе:

?

Ответ мотивируйте, вычислив прямой реакции.

47

Ответ: -69,70 кДж.

156. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция:

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите этой реакции.

Ответ: +19,91 кДж.

157. Реакция горения ацетилена идет по уравнению

Вычислите и . Объясните уменьшение энтропии в

результате этой реакции.

Ответ: -1235,15 кДж: -216,15 Дж/ К.

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

Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

Ответ: -92,08 кДж.

159.При какой температуре наступит равновесие системы:

160.При какой температуре наступит равновесие системы

Ответ: 961,9 К.

161. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите

реакции, протекающей по уравнению

48

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ:-957,77кДж 162. На основании стандартных теплот образования и

абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите реакции, протекающей по уравнению

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -130,89кДж

163. Вычислите реакции, протекающей по уравнению:

Возможна ли реакция восстановления водородом при

температурах 500 и 2000К?

Ответ:+96,61 кДж: 138,83 Дж/К; 27,2 кДж; -181,05 кДж.

164. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите

реакции, протекающей по уравнению

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ:-1331,21 кДж

165. Вычислите реакции, протекающей по уравне-

нию

Возможна ли реакция восстановления углеродом при тем-

пературах 1000 и 3000К?

Ответ: +722,86 кДж: 364,84 Дж/К;+358,02 кДж: -371,66 кДж.

49

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

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: -142,16 кДж.

167. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления , протекающая по уравнению:

Ответ: 1102,4 К.

168. Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению:

Ответ: 509К.

169.Рассчитать значение реакции:

иустановить, в каком направлении она может протекать самопроизвольно при стандартных условиях.

Ответ: -59,2 кДж.

170.Рассчитать значение реакции:

иустановить, в каком направлении она может протекать самопроизвольно при стандартных условиях.

Oтвет: -3285,4 кДж.

171.Пользуясь справочными таблицами, рассчитать значение

реакции:

50

Соседние файлы в папке химия + методичка