Подставляем в формулу справочные данные из табл.Iи получаем:

186,2 − (5,7 + 2 ∙ 130,6) = -80,7 Дж/К.

Пример 3.6. По значениям стандартных энтальпий образования и стандартных энтропий веществ, участвующих в реакции, вычислить изменение энергии Гиббса реакции, протекающей по уравнению

СО (г) + Н₂О (ж) = СО₂ (г) + Н₂ (г).

Решение. Изменение энергии Гиббса в химической реакции при температуре Т можно вычислить по уравнению

∆G⁰_х.р. = ∆Н⁰_х.р – Т∆S⁰_х.р.

Тепловой эффект реакции ∆Н⁰_х.р и изменение энтропии определяем по следствию из закона Гесса:

;

Используя справочные данные табл. 1, получаем:

∆Н⁰_х.р. = [(-393,5) + 0] − [(-110,5) + (-285,8)] = +2,8 кДж;

∆S⁰_х.р = (213,7 + 130,6) − (197,5 + 70,1) = +76,7 Дж/К

Изменение энергии Гиббса в химической реакции:

∆G⁰_х.р. = ∆Н⁰_х.р. – Т∆S⁰_х.р.; Т = 298 К;

∆G⁰_х.р = 2,8 − 298 ∙ 76,7 ∙ 10^-3 = -20,05 кДж

Пример 3.7. Определить температуру, при которой установится равновесие в системе СаСО₃ (к) СаО (к) + СО₂ (г)

Решение. При химическом взаимодействии одновременно изменяется энтальпия, характеризующая стремление системы к порядку, и энтропия, характеризующая стремление системы к беспорядку. Если тенденции к порядку и беспорядку в системе одинаковы, то ∆H⁰_х.р. = Т∆S⁰_х.р., что является условием равновесного состояния системы. Отсюда можно определить температуру, при которой устанавливается равновесие химической реакции для стандартного состояния реагентов: _.

Сначала вычисляем ∆Н⁰_х.р. и ∆S⁰_х.р. по формулам:

Используя справочные данные табл.Iполучаем:

DH⁰_х.р. = [– 635,5 + (–393,5)] – (–1207,1) = 178,1 кДж;

DS⁰_х.р. = (39,7 + 213,7) – 92,9 = 160,5 Дж/К или 0,1605 кДж/К.

Отсюда, температура, при которой устанавливается равновесие:

Т_равн = 178,1 / 0,1605 = 1109,5 К.

Пример 3.8. Вычислить DH⁰_х.р, ∆S⁰_х.р. и DG⁰_T реакции, протекающей по уравнению: Fe₂O₃ (к) + 3C (к) = 2Fe (к) + 3CO (г).

Возможна ли реакция восстановления Fe₂O₃ углеродом при температуре 298 и 1000 К?

Решение. ВычисляемDh0х.Р.ИDs0х.Р.:

DH⁰_х.р.=[3(–110,5) + 2·0] – [–822,2 + 3·0] = –331,5 + 822,2 = +490,7 кДж;

DS⁰_{х. р.} = (2·27,2 +3·197,5) – (89,9 + 3·5,7) = 539,9 Дж/К или 0,540 кДж/К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения

DG⁰_х.р. =DH⁰_х.р – ТDS⁰_х.р.;

DG⁰₂₉₈ = 490,7 – 298 × 0,540 = +329,8 кДж;

DG⁰₁₀₀₀ = 490,7 – 1000 × 0,540 = –49,3 кДж.

Так как DG⁰₂₉₈ > 0, а DG⁰₁₀₀₀ < 0, то восстановление Fe₂O₃ углеродом возможно при 1000 К и невозможно при 298 К.

Задачи

№ 3.1. а) Вычислить тепловой эффект и написать термохимическое уравнение реакции между СО (г) и Н₂ (г), в результате которой образуются СН₄ (г) и Н₂О (г). Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 100 л СО (условия нормальные)? (Ответ: -206,2 кДж; 920,5 кДж).

б) Прямая или обратная реакция будет протекать при 298 К в системе

2NO (г) + O₂ (г) = 2NO₂ (г)?

Ответ обосновать, вычислив ∆G⁰_х.р.

№ 3.2. а) Реакция горения этилена выражается уравнением

С₂Н₄ (г) + 3О₂ (г) = 2СО₂ (г) + 2Н₂О (г).

При сгорании 1 л с2н4 (н.У.) выделяется 59,06 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования этилена. (Ответ: 52,3 кДж/моль).

б)Пользуясь значениямии , вычислить ∆G⁰ реакции при 298 К

С_{(графит)} + О₂ (г) = СО₂ (г), (Ответ: −394,4 кДж).