Уровень b

1. При растворении в воде 8,15 г безводного ZnSO₄ выделилось 3880 Дж, а при растворении в воде 35 г кристаллогидрата ZnSO₄·6Н₂О поглотилось 456 Дж. Определить стандартную энтальпию образования кристаллогидрата из безводной соли и воды.

Дано:

DrHo(298K, ZnSO4·6Н2О)

Процесс растворения безводного цинка в воде можно представить в две стадии:

ZnSO_4(к)+6Н₂О_(ж) = ZnSO₄·6Н₂О_(к), D_r.H^o(298K,4.7) (4.7)

ZnSO₄·6Н₂О_(к) + nH₂O_(ж) = ZnSO_4(р-р) + + (n+6)Н₂О_(ж), D_r.H^o(298K,4.8) (4.8) где D_r.H^o(298K,4.7) - стандартная энтальпия образования кристаллогидрата из безводной соли и воды

D_r.H^o(298K,4.8) - стандартная энтальпия растворения кисталлогидрата

Суммарный процесс растворения безводной соли выразится сложением уравнений (4.7) и (4.8)

ZnSO_4(к) +(n+6)Н₂О_(ж) = ZnSO_4(р-р) + (n+6)Н₂О_(ж) D_r.H^o(298K,4.9) (4.9)

Согласно закону Гесса D_r.H^o(298K,4.9) = D_r.H^o(298K,4.7) + +D_r.H^o(298K,4.8)

Для нахождения искомой величины

D_r.H^o(298K,4.7) = D_r.H^o(298K,4.9) - D_r.H^o(298K,4.8)

Таким образом, далее необходимо вычислить стандартные энтальпии растворения безводной соли (D_r.H^o(298K,4.9)) и кристаллогидрата (D_r.H^o(298K,4.8)).

, (кДж/моль)

где Q_p – тепловые эффекты растворения веществ, Дж;

М_В - молярная масса вещества, г/моль,

M_В – масса вещества, г.

1000 - пересчет Дж в кДж.

= 161,4 г/моль

= 161,4+6(2·1+16) = 269,4 г/моль

D_r.H^o(298K,4.9) = =

= кДж/моль

D_r.H^o(298K,4.8) = = = кДж/моль

Откуда D_r.H^o(298K,4.7) = -76,84 – 3,51 = -80,35 кДж/моль

1. Используя справочные данные по DfHo(298k, в) и So(298k, в), вычислить изменение энергии Гиббса и сделать вывод о возможности протекания реакции

Fe₂O_3(к) + 3Н_2(г) = 2Fe_(к) + 3Н₂O_(г)

при температурах 300 К и 800 К.

Дано: Уравнения реакции Т1=300оС, Т2 = 800оС

DrGо(Т1)-? DrGо(Т2)-? Возможность протекания реакции - ?

РЕШЕНИЕ:

Возможность самопроизвольного протекания реакции, определяется знаком перед величиной изменения энергии Гиббса для данной реакции:

если Δ_rG°(Т) < 0, самопроизвольное протекание реакции при заданных условиях возможно в прямом направлении;

если Δ_rG°(Т) > 0, то при заданной температуре прямая реакция невозможна и она возможна в обратном направлении._.

Значение Δ_rG°(Т) рассчитываем по формуле:

Δ_rG°(Т) = Δ_rН°(298К)·10³ - Т Δ_rS°(298К)

где Δ_rН°(298К) - изменение стандартной энтальпии реакции, кДж: Δ_rS°(298К) - изменение стандартной энтропии реакции, Дж/К:

10³ - пересчет кДж в Дж.

Значение Δ_rН°(298К) и Δ_rS°(298К) определяем согласно первому следствию из закона Гесса:

Δ_rН°(298К) = [2Δ_fН°(298К, Fe_(к)) + 3Δ_fН°(298К, Н₂О_(г))] –

- [Δ_fН°(298К, Fe₂O_3(к)) + 3Δ_fН°(298К, Н_2(г))];

Δ_rS°(298К) = [2S°(298К, Fe_(к)) + 3S°(298К, Н₂О_(г))] –

- [S°(298К, Fe₂O_3(к)) + 3S°(298К, Н_2(г))];

где Δ_fН°(298К, В) и S°(298К, В) - стандартные энтальпии образования и энтропии веществ, значения которых находим из таблицы стандартных термодинамических величин.

	Fe2O3(к)	3Н2(г)	2Fe(к)	3Н2О(г)
DfHo(298K), кДж/моль	1(-822,2)	3(0)	2(0)	3(-241,84)
So(298 K), Дж/(моль×К)	1(87,4)	3(130.5)	2 (27.15)	3(188,74)

Δ_rН°(298К) = [2(0) + 3(-241,84)] - [(-822,2) + 3(0)] = 96,68 кДж

Δ_rS°(298К) = [2·27,15 + 3·188,74] - [87,4 + 3·130,5] = 141,62 Дж/К

тогда:

Δ_rG^о (300К) = 96680 - 300·141,62= 54,200 Дж = 54,2 кДж

Δ_rG^о (800К) = 96680 - 800·141,62= -16600 Дж = -16,60 кДж

Поскольку Δ_rН°(298К) > 0, а Δ_rS°(298К) < 0, то Δ_rG°(Т) будет < 0 при повышенной температуре.

Ответ: Так как Δ_rG°(300К)>0, то самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при температуре 300К невозможно. Так как Δ_rG°(800К)<0, то самопроизвольное протекание реакции при температуре 800К возможно в прямом направлении.