Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Химия.doc
Скачиваний:
312
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
2.76 Mб
Скачать

После подстановки справочных данных из табл. Б. 1 получаем:

= 2×0 – 1676 – 2×0 + 853,8 = –822,2 кДж/моль.

Таким образом, тепловой эффект реакции равен –853,8 кДж, а составляет –822,2 кДж/моль.

Пример 3.3. Исходя из термохимических уравнений:

Н2(г)+ О2(г) = Н2О2(ж), ΔН°(1) = –187 кДж; (1)

Н2О2(ж) + Н2(г) = 2Н2О(г), ΔН°(2) = –297 кДж; (2)

Н2О(г) = Н2О(ж), ΔН°(3) = – 44 кДж, (3)

рассчитать значение стандартной энтальпии реакции образования Н2О(ж).

Решение. Запишем уравнение реакции, тепловой эффект которой необходимо определить: Н2(г) + ½О2(г) = Н2О(ж), ΔН°(4) – ? (4)

В уравнения (1), (2), (3) входят Н2О2(ж) и Н2О(г), которые не входят в уравнение (4). Чтобы исключить их из уравнений (1), (2), (3), умножим уравнение (3) на 2 и сложим все три уравнения:

Н2(г) + О2(г) + Н2О2(ж) + Н2(г) + 2Н2О(г) = Н2О2(ж) + 2Н2О(г) + 2Н2О(ж). (5)

После преобразования уравнения (5) и деления его на 2 получаем искомое уравнение (4). Аналогичные действия проделаем с тепловыми эффектами:

.

В результате получаем кДж,

т. е. энтальпия образования Н2О(ж): = –286 кДж/моль.

Пример 3.4. В каком направлении будет протекать при стандартных условиях реакция СН4(г) + СО2(г) ↔ 2СО(г) + 2Н2(г)?

Решение. Направление протекания химической реакции определяет энергия Гиббса (∆G). Изменение энергии Гиббса в результате химической реакции равно сумме энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом суммы энергий Гиббса образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов. Формула для расчета изменение энергии Гиббса изучаемой реакции имеет вид

.

Значения Δf G° берем из табл. Б. 1 и получаем

Δf G° = [2∙(–137,1) + 2∙0] − [(–50,8) + (–394,4)] = +171 кДж.

При р = const, T = const реакция самопроизвольно протекает в том направлении, которому отвечает убыль энергии Гиббса. Если ∆G < 0, то реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении. Если ∆G > 0, то самопроизвольное протекание процесса в прямом направлении невозможно. Если ∆G = 0, то реакция может протекать как в прямом направлении, так и в обратном, и система находится в состоянии равновесия.

Так как ∆G°х.р. = +171 кДж, т.е. ∆G > 0, то самопроизвольное протекание данной реакции в прямом направлении в стандартных условиях невозможно.

Пример 3.5. Определить изменение энтропии в стандартных условиях для реакции, протекающей по уравнению

С (графит) + 2Н2(г) = СН4(г).

Решение. Изменение энтропии системы в результате протекания химической реакции (∆S) (энтропия реакции) равно сумме энтропий продуктов реакции за вычетом суммы энтропий исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

.

Подставляем в формулу справочные данные из табл. Б. 1 и получаем:

S°х.р. = 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

G°х.р. = ∆Н°х.р.ТS°х.р..

Тепловой эффект реакции ∆Н°х.р. и изменение энтропии ∆S°х.р. определяем по следствию из закона Гесса:

;

.

Используя справочные данные табл. Б. 1, получаем:

Н°х.р. = [(–393,5) + 0] − [(–110,5) + (–285,8)] = +2,8 кДж;

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

Изменение энергии Гиббса в химической реакции:

G°х.р. = ∆Н°х.р.ТS°х.р.; Т = 298 К;

G°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 ∆H°х.р. = ТS°х.р., что является условием равновесного состояния системы. Отсюда можно определить температуру, при которой устанавливается равновесие химической реакции для стандартного состояния реагентов:

.

Сначала вычисляем ∆Н°х.р. и ∆S°х.р. по формулам:

;

.