5. Задачи.

На семинаре.

Задача 1. При взаимодействии паров воды с раскаленными железными опилками получается водород:

3Fe (тв) + 4H₂O (г)  Fe₃O₄ (тв) + 4H₂ (г)

При 950 К устанавливается равновесие, причем равновесная газовая смесь (общее давление 1 атм) содержит 42.3 объемных % водорода.

1) Запишите выражение для константы равновесия этой реакции.

2) Вычислите значения К и G⁰ для этой реакции при заданной температуре.

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

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

5) 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.

Задача 2. Определите, будет ли самопроизвольно идти реакция 2SO₂ (г)+O₂ (г)  2SO₃ (г) при 1000 К, если парциальные давления компонентов смеси равны p(SO₂) = 0.5 атм, p(O₂) = 0.8 атм, p(SO₃) = 0.9 атм. Воспользуйтесь также данными таблицы. Считайте, что H⁰  f(T) и S⁰  f(T)

Таблица 3.3. Стандартные энтальпии и энтропии образования участников реакции.

	SO2	O2	SO3
fH0298, кДж/моль	–296.8	0	–396.1
S0298, Дж/моль●К	248.1	205	256.1

Указание: воспользуйтесь уравнением изотермы реакции Вант-Гоффа.

Задача 3. Трифторид хлора разлагается по уравнению реакции:

ClF₃ (г)  ClF (г) + F₂ (г)

Известно, что при 600°С и общем давлении в системе 1 атм устанавливается равновесие, причем степень превращения (α) ClF₃ (т.е. отношение числа распавшихся молекул к исходному числу молекул) равна 0.84.

1) Рассчитайте значение константы равновесия.

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

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

4) Изобразите схематически график зависимости ln K = f(1/T) для данной реакции в предположении, что H⁰  f(T) и S⁰  f(T).

5) Чему равна величина Q_p – Q_V для этой реакции при указанной температуре?

Указание: примем исходное количество вещества ClF₃ равным 1 моль. Тогда можно составить таблицу.

Таблица 3.4. Величины, необходимые для расчета константы равновесия реакции

Величина	Обозна-чение	Выраже-ние	ClF3	ClF	F2	Всего
Количество вещества			1-α	α	α	1+α
Мольная доля	x	/(общ.)				1
Парциальное давление	p	xp(общ)	р(общ.)	p(общ.)	p(общ.)	p(общ.)

Константа равновесия реакции (1) по определению равна K = p(ClF)●p(F₂)/p(ClF₃) = = / = = = = = 2.40.

Задача 4. Гидрокарбонат натрия разлагается по уравнению

2NaHCO₃ (тв) = Na₂CO₃(тв) + CO₂ (г) + H₂O (г)

1) Запишите выражение для константы равновесия этой реакции.

2) Устойчив ли гидрокарбонат натрия при T = 298 К? Ответ подтвердите расчетом G⁰₂₉₈.

3) Определите температуру разложения гидрокарбоната натрия, при которой общее давление в системе равно 1 атм.

Считайте, что H⁰  f(T) и S⁰  f(T).

Таблица 3.5. Стандартные энтальпии и энтропии образования участников реакции.

	NaHCO3 (тв)	Na2CO3(тв)	CO2 (г)	H2O (г)
fH0298, кДж/моль	–947.7	–1131	–393.5	–241.8
S0298, Дж/моль●К	102	136.4	213.6	188.7