7. Домашнее задание.

1. Для термического разложения нитрата аммония предложено два возможных пути:

1) NH₄NO₃ (тв) = NH₃ (г) + HNO₃ (г)

2) NH₄NO₃ (тв) = N₂O (г) + 2H₂O (г)

Используя нижеприведенные термодинамические данные, определите, по какому пути протекает процесс. Ответ подтвердите расчетом _rG⁰₂₉₈.

Таблица 2.4. Термодинамические характеристики NH₄NO₃ и возможных продуктов его термического разложения.

	NH4NO3 (тв)	NH3 (г)	HNO3 (г)	N2O (г)	H2O (г)
fH0298, кДж/моль	–365	–46	–135	82	–242
S0298, Дж/моль●К	151	193	267	220	189

2. При взаимодействии NO и Cl₂ по реакции 2NO (г) + Cl₂(г) = 2NOCl (г) при некоторой температуре в системе устанавливается равновесие, причем при повышении температуры выход NOCl уменьшается. Дайте обоснованные ответы на следующие вопросы.

1) Как изменяется (увеличивается или уменьшается) энтропия в ходе этой реакции?

2) Как изменяется (увеличивается или уменьшается) энтальпия в ходе этой реакции?

3) Изобразите схематически график зависимости G⁰ = f(T) для данной реакции в предположении, что H⁰ f(T) и S⁰  f(T). Отметьте на графике область температур, при которых протекает эта реакция.

4) Чему равна величина Q_p – Q_V для этой реакции при температуре 400°С?

Семинар 3. Химическое равновесие.

План семинара

1. Обобщенное выражение для 1 и 2 законов термодинамики.

2. Химический потенциал. Активность.

3. Константа равновесия. Уравнение изотермы реакции.

4. Принцип Ле Шателье. Смещение равновесия.

5. Задачи.

6. Домашнее задание.

1. Обобщенное выражение для 1 и 2 законов термодинамики.

G = U + pV – TS (по определению)

Условие 1: T = const

G = U + pV + Vp – TS – ST = U + pV + Vp – TS (T = 0) (1)

1 закон термодинамики: Q = U + pV

2 закон термодинамики: Q = TS

Обобщение: U + pV = TS или U = TS – pV

2. Химический потенциал. Активность.

Подставим обобщенное выражение в выражение (1)

G = U + pV + Vp – TS = TS – pV + pV + Vp – TS = Vp (2)

В соответствии с уравнением Клапейрона-Менделеева pV = RT

Условие 2.  = 1 моль

Тогда V = RT/p, подставляем это в выражение (2), получим

G = Vp = RTp/p

Переходя к бесконечно малым приращениям, имеем dG = RTdp/p = RTd(lnp)

Интегрируем левую и правую части от p⁰ (стандартное состояние) до p₁

= RT

= ⁰ + RTln(p₁/p⁰)

- парциальная мольная энергия Гиббса – энергия Гиббса в расчете на 1 моль вещества (см. условие 2) – химический потенциал .

p₁/p⁰ = a – активность.

Тогда  = ⁰ + RTlna

Важные пояснения:

• ⁰ – стандартный потенциал, зависит только от природы вещества и температуры (см. условие 1 – вывод выражения проводили при T = const, т.е. с изменением температуры величина будет изменяться).

• p⁰ = 1 атм – стандартное состояние.

• Величина а = p₁/p⁰ безразмерна, так как представляет собой отношение двух величин, выраженных в одних и тех же единицах (обычно в атмосферах, так как в стандартных условиях давление равно 1 атм).

• Для газов активность численно равна парциальному давлению газа в смеси, в разбавленных растворах активность численно равна мольной концентрации (выраженной в моль/л), для чистых твердых и жидких веществ активность равна 1.