Выписываем справочные данные теплот образования и энтропий: |
|
||
|
N2 |
Н2 |
NН3 |
Н0298 (кДж/моль) |
0 |
0 |
– 46.2 |
S0298 (Дж/моль·К) |
191,5 |
130,5 |
192,6 |
Н = 2·(– 46.2) –3·0 – 0 = – 92,4 кДж/моль
S= 2·S0298 (NН3) – S0298 (Н2) – S0298 (N2) = 2·192,6 – 3·130,5 – 191,5 =
=–7,8 Дж/моль·К
G = – 92,4 – 298·(–197,5·10--3) = – 33,5 кДж/моль.
Так как G < 0, то реакция самопроизвольно может протекать в прямом направлении. Далее определим константу равновесия реакции из выражения:
G = – RTlnK = – RT·2,3 lgK
Отсюда lgK = G / – RT·2,3 = – 33,5 / – 8,31·298·2,3 = 0,0059 = 5,9·10¾3 K = 1,014
Определим температуру, при которой равновероятны оба направления реакции
|
3Н2 + N2 ↔ 2NН3. |
G = 0 (равновесие) |
|
тогда G = |
H – T S |
Т = |
H / S ·10-3 = –33,5 / – 197,5 ·10-3 = 343,6 К = 70,6 оС |
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1.Теплота образования метана СН4 равна 74,85 кДж/моль. Вычислите количество теплоты, которое выделяется при сгорании 200 л газа (н.у.).
2.Вычислите количество выделившейся теплоты при сгорании 10 кг этилена (С2Н4).
3.Уравнение реакции сгорания сероводорода
H2S (г) + 1,5 O2 (г) = H2O (пар) + SO2 (г) + 532,7 кДж/моль Вычислите теплоту образования H2S.
4. Восстановление оксида водородом происходит согласно уравнению Fe2O3 (к) + 3H2 (г) = Fe (к) + 3H2О (г), H0 = 96,81 кДж.
Возможно ли протекание этой реакции в стандартных условиях, если изменение энтропии S0 = 138,7 Дж/(моль·К)? При какой температуре начнется восстановление оксида железа?
5. Какие из реакций образования оксидов азота, и при каких температурах (высоких или низких) могут в стандартных условиях протекать самопроизвольно?
2N2 (г) + O2 (г) = 2N2O (г), |
H > 0 |
N2 (г) + O2 (г) = 2NO (г), |
H > 0 |
NO (г) + NO2 (г) = N2O3 (г), |
H < 0 |
50
6. Рассчитайте изменение стандартной энтропии реакции 2SO2 (г) + O2 (г) = 2SO3 (г)
Будет ли данная реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?
7.Учитывая, что NO2 (г) окрашен, а N2O4 (г) бесцветен и, учитывая знак изменения энтропии в реакции 2NO (г) = N2O4 (г) с ростом температуры, предскажите, как изменится окраска в системе: а) усилится, б) ослабнет.
8.Рассчитайте изменение стандартной энтропии системы при образовании оксида железа (III) из простых веществ:
(1) |
2Fe (к) + O2 (г) = 2FeO (к), |
S0298 |
= – 145 Дж/К·моль |
(2) |
4FeO (к) + O2 (г) = 2Fe2O3 (к), |
S0298 |
= – 259 Дж/К·моль |
Объясните знак. |
|
|
|
9.При взаимодействии Al с хлороводородом в сосуде объемом 5 л остался один газ – водород. Какая масса Al прореагировала и сколько теплоты выделилось при этом?
10.По справочным данным определите значение константы диссоциации угольной кислоты по первой ступени. Рассчитайте стандартное значение изменения энергии Гиббса для этой реакции.
11.При взаимодействии 2 молей натрия с 1 моль брома выделилось 761,4 кДж теплоты. Какова теплота образования бромида натрия?
12.Константа равновесия реакции:
С (графит) + H2О (г) = CO (г) + H2 (г)
при стандартной температуре равна 7,8·10-17. В каком направлении смещено равновесие? Рассчитайте изменение энергии Гиббса при протекании реакции.
13.При взаимодействии газообразного метана (СH4) и сероводорода (H2S) образуются сероуглерод СS2(г) и водород. Напишите уравнение этой реакции и вычислите изменение энтропии.
14.Вычислите изменение энергии Гиббса при стандартной температуре
иопределите значение константы равновесия реакции:
N2 (г) + 3Н2 (г) ↔ 2NН3 (г)
Определите температуру, при которой G = 0 и сделайте вывод о направлении реакции выше и ниже этой температуры.
15. Определите количество теплоты, выделяющейся при взаимодействии 50 г фосфорного ангидрида (Р2O5) с водой по уравнению реакции:
Р2O5 (к) + H2О (ж) = 2НРO3 (ж), если тепловые эффекты реакций следующие:
2Р2 + 2,5О2 = Р2O5, |
Н0 |
= – 549,0 кДж, |
2Р + H2 + 3О2= 2НРO3, |
Н0 |
= – 1954,8 кДж. |
51