Стандартные термодинамические функции
|
Вещество |
Δ Н0298, кДж/моль |
Δ G0298, кДж/моль |
S0298, Дж/(моль·К) |
|
Ga(к) |
0 |
0 |
41,1 |
|
HCl(г) |
-91,8 |
-94,79 |
186,8 |
|
GaCl3(к) |
-524,7 |
-492,8 |
133,4 |
|
Н2(г) |
0 |
0 |
130,52 |
Данные термодинамические функции относятся к 1 моль вещества и при расчетах должны быть умножены на стехиометрические коэффициенты.
3. Изменение энтальпии химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:
ΔНх.р
=
ΔН0298(Н2(г))
+ ΔН0298(GaCl3(т))
- ΔН0298(Ga(т))
- 3 ΔН0298(HCl(г))
= 0 – 524,7 – 0 – 3(- 91,8) = - 524,7 + 275,4 = - 249,3
кДж/моль
Для построения энтальпийной диаграммы, определяем сумму энтальпий образования исходных веществ и продуктов реакции отдельно:
∑ΔНобр. исх. в-в = - 275,4 кДж; ∑ΔНобр. прод. р-ии = - 524,7 кДж (рис.4).
4.
В ходе реакции энергия выделяется,
< 0, реакция экзотермическая. Выделение
тепла вызывает повышение температуры.
5. Изменение стандартной энтропии химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:
ΔSх.р
=
S0298(Н2(г))
+ S0298(GaCl3(т))
- S0298(Ga(т))
- 3S0298(HCl(г))
=
130,52
+ 133,4 – 41,1 – 3·186,8
= 195,78 + 133,4 - 560,4 - 41,1 = 329,18– 601,5 = -272,32
Дж/(моль·K)
Уменьшение энтропии в ходе реакции свидетельствует об упорядочении системы – уменьшении числа газообразных молекул и об обратимости данного процесса.
Рис.
4. Энтальпийная диаграмма
6. Изменение стандартной энергии Гиббса химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:
ΔGх.р
=
ΔG0298(Н2(г))
+ ΔG0298(GaCl3(т))
- ΔG0298(Ga(т))
- 3ΔG0298(HCl(г))
=
=0 – 492,8 – 0 – 3(- 94,79) = - 492,8 + 284,37 = - 208,43 кДж/моль
По уравнению Гиббса:
ΔG = - 249,3 - 298·(- 272,32·10-3) = - 249,3 + 81,15 = - 168,15 кДж/моль.
Отрицательный знак изобарного потенциала (Δ G<0) свидетельствует о возможности протекания реакции в стандартных условиях. Разница в величинах Δ G, рассчитанных двумя путями находится в пределах допустимого (15 %).
7.Поскольку ΔS<0 и ΔH<0, то реакция обратима.
8. Для данной реакции рассчитаем температуру равновесия (Тр) и сравним со значением Тр на графике:
=
915,47 K
9. Получим зависимость ΔG = f (T), рассчитав величину ΔG при Т = 500, 1000, 1500 К.
Δ G500 = - 249,3 - 500·(- 272,32·10-3) = - 249,3 + 136,16 = - 113,14 кДж/моль
Δ G1000 = - 249,3 - 1000·(- 272,32·10-3) = - 249,3 + 272,32 = 23,02 кДж/моль
Δ G1500 = - 249,3 - 1500·(- 272,32·10-3) = - 249,3 + 408,48 = 159,18 кДж/моль
Строим по полученным данным зависимость ΔG = f (T), (рис. 5).
ТР
Рис. 5. График зависимости ΔGх.р. = f (T).
10. Вывод: реакция обратимая, экзотермическая, протекает при стандартных условиях и возможна в температурном интервале при значениях ΔG 0, т. е. при температуре ниже 915,47 К.
3.4. Индивидуальные задания
Задание 1. Дайте термодинамическую характеристику процесса (табл. 22).
Таблица 22
Варианты контрольного задания
|
Вариант |
Уравнение реакции |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
8 |
|
|
9 |
|
|
10 |
|
Продолжение табл. 22
|
11 |
|
|
12 |
|
|
13 |
|
|
14 |
|
|
15 |
|
Задание 2. Решите задачу своего варианта (табл. 23).
Таблица 23