Теоретическая часть

В задачах данного раздела предполагается, что зависимостью величин энтальпии и энтропии реакции от температуры можно пренебречь. Поэтому энергия Гиббса химической реакции при заданной температуре может быть рассчитана по соотношению:

= - T (8).

Здесь Т – температура К, и - стандартные энтальпия и энтропия реакции.

Возможность и направленность протекания реакции при заданной температуре определяется знаком величины . Реакция возможна в прямом направлении, если < 0. Иначе, если > 0, то возможна реакция в обратном направлении. Влияние температуры на вероятность протекания реакции определяется знаком величины . Если < 0, то вероятность прямой реакции уменьшается с увеличением температуры. При уменьшении температуры вероятность увеличивается. Если > 0 , вероятность растет при увеличении и уменьшается при уменьшении температуры. При сравнении вероятности реакции, более вероятной будет реакция, отвечающая меньшему значению . Температурой начала реакции называется величина = /> 0. Если /< 0, температуры начала реакции не существует. При решении задач на сравнение устойчивости соединений следует принимать во внимание, что из сравниваемых соединений наибольшей термодинамический устойчивостью будет обладать то соединение, энергия Гиббса реакции разложения которого будет больше.

Примеры решения задач

Задача 1.. Возможно ли взаимодействие оксида алюминия с водой при 100⁰С по реакции:

А1₂O_{3 (Тв)} + 3H₂O_(Ж) = 2Аl(ОН)_{3 (Tв).}

кДж/моль -1675,0 -285,8 -1295,0

Дж/мольК 50,9 70,0 70,0

Как повлияет на вероятность протекания этой реакции повышение температуры?

Решение. Для решения задачи необходимо определить величину по соотношению (8).

= 2(Аl(ОН)_{3 (Tв)}) - (А1₂O_{3 (Тв)}) - 3 (H₂O_(Ж)) = 2(-1295,0) + 1675,0 + 3285,8 = -57.6 кДж.

= 2(Аl(ОН)_{3 (Tв)}) - (А1₂O_{3 (Тв)}) - 3(H₂O_(Ж)) = 270,0 - 50,9 - 370,0 = -120,9 Дж/K.

Учитывая, что 100⁰С = 373.15 К и соотношение размерностей и получим: = - T = -57,6 + 373,15120,910^-3 = -12,486 кДж.

Поскольку < 0, увеличение температуры уменьшит вероятность протекания реакции.

Ответ. Так как < 0, реакция в заданных условиях возможна. Увеличение температуры уменьшит вероятность протекания реакции.

Задача 2. Какая из двух реакций более вероятна при температуре 298 К?

1. Mg _(Тв) + O_2(Г) = MgО _(Тв)

кДж/моль 0 0 -601,2

Дж/мольК 32,6 205,0 26,9

2) Ca _(Тв) + O_2(Г) = CaО _(Тв)

кДж/моль 0 0 -635,1

Дж/мольК 41,6 205,0 39,7

Решение. Ответить на поставленный вопрос можно, сопоставляя энергии Гиббса указанных реакций. Рассчитаем эти величины.

Для первой реакции: = (MgО _(Т)) = -601,2 кДж,

= (MgО _(Т)) - (Mg _(Т)) - (O_2(Г)) = 26,9 – 32,6 – 205,0 = -210,7 Дж/К,

= - T = -601,2 + 2980,2107 = -538,4 кДж.

Для второй реакции: = (CaО _(Т)) = -635,1 кДж,

= (CaО _(Т)) - (Ca _(Т)) - (O_2(Г)) = 39,7 – 41,6 – 205,0 = -206,9 Дж/К,

= - T = -635,1 + 2980,2069 = -573,4 кДж.

Ответ. Поскольку < вторая реакция более вероятна.

Задача 3. При какой температуре установится равновесие в системе, содержащей NO_2(Г) и N₂O_4(Г)? В каком направлении будет возможно самопроизвольное протекание реакции, если понизить температуру?

Решение. Запишем уравнение химической реакции:

2NO_2(Г) = N₂O_4(Г)­

кДж/моль 33,9 9,4

Дж/мольК 240,5 304,3

Определим температуру, отвечающую равновесию.

=(N₂O_4(Г)­)-2(NO_2(Г)) = 9,4 - 233,9 = -58,4 кДж. = (N₂O_4(Г)­) – 2(NO_2(Г)) = 304,3 - 2240,5 = -176.7 Дж. _.= /= 58400/176,7 = 330,5 К.

Поскольку < 0, при Т < реакция возможна в прямом направлении.

Ответ. Т_н.р.= 330,5 К, при понижении температуры возможна реакция в сторону образования N₂O_4(Г)­.