Дайте термодинамическую характеристику реакции
.pdf
Зарегистрируйся в 2 клика в Кампус и получи неограниченный доступ к материалам с подпиской Кампус+ 🔥
Дайте термодинамическую характеристику реакции
CO2(г) + 4H2(г) = CH4(г) + 2H2O(г) на основании количественных расчётов , , .
1.1. Выпишите из справочных таблиц (прил. 1) стандартные термодинамические свойства: (298), S0(298), (298) всех веществ, участвующих в реакции в виде таблицы.
1.2. Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтальпии химической реакции :
− Рассчитайте стандартную энтальпию химической реакции .
− Определите, является реакция экзо- или эндотермической, выделяется или поглощается теплота в результате протекания реакции.
1.3. Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтропии химической реакции :
− Рассчитайте стандартную энтропию химической реакции по
абсолютным стандартным энтропиям веществ S0(298).
− Объясните изменение энтропии (< 0; > 0; = 0), проведя анализ агрегатного состояния всех участвующих в реакции веществ и сравнив число газообразных молекул исходных веществ и продуктов реакции.
1.4. Охарактеризуйте процесс по величине энергии Гиббса химической реакции :
− Рассчитайте стандартную энергию Гиббса :
а) по стандартным энергиям Гиббса образования веществ (298);
б) по уравнению Гиббса G = H – TS.
Сравните полученные величины. Укажите направление протекания реакции при 298 К. Определите знаки энергии Гиббса химической реакции и
направление протекания реакции (прямая или обратная) при низких
температурах () и при высоких температурах (). Для этого
проведите анализ уравнения Гиббса, допуская, что и не зависят от температуры.
1.5. Сделайте вывод об обратимости процесса. Для обратимой реакции рассчитайте равновесную температуру Тр.
1.6. Изобразите схематически график зависимости от температуры, используя результаты анализа уравнения Гиббса.
1.7. Укажите для обратимой реакции при каких температурах, больших или меньших равновесной Тр, самопроизвольно протекает прямая реакция, а при каких – обратная.
1.8. По закону Фан-Гога(пример задача 2.4) рассчитайте, как изменится (во сколько раз увеличится или уменьшится ) скорость реакции, протекающей самопроизвольно при стандартных условиях, при увеличении температуры на Т К, при заданном значении «»
Нужно полное решение этой работы?
Ответ
Скорость реакции уменьшится в 15,21 раза.
Решение
1.1
CO2(г) + 4H2(г) = CH4(г) + 2H2O(г)
Таблица 1 - Термодинамические свойства веществ
∆H2980, кДж/моль
S2980, Дж/моль*К ∆G2980, кДж/моль
СО2(г) -393,51 213,66 -394,37
H2(г) 0 130,52 0
СН4(г) -74,85 186,27 -50,85
Н2О(г) -241,81 188,72 -228,61
и – стандартные энтальпия образования и энергия Гиббса образования веществ; – стандартная энтропия вещества.
1.2
Стандартные термодинамические условия: Т = 298 К; Р = 101325 Па Рассчитаем энтальпию химической реакции (тепловой эффект химической реакции), используя следствие из закона Гесса.
∆Hr0=νi∆Hi(прод)0-νi∆Hi(исх)0
где, прод – продукты реакции; исх – исходные вещества;
i – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
Исходные вещества в данной реакции – СО2(г), Н2(г); продукты реакции – СH4(г) и Н2О(г).
Учитывая значения (298) и стехиометрические коэффициенты для всех веществ, участвующих в реакции, получаем:
∆Hr0=∆H0СH4+2∆H0Н2O-(∆H0СО2+4∆H0(H2)=-74.85+2*-241.81-(-393.51+4*0)=-159,96 кДж
<0, реакция протекает с выделением теплоты, т. е. является экзотермической.
1.3
Рассчитаем энтропию химической реакции, используя значения S0(298) для всех веществ, участвующих в реакции.
Значения можно рассчитать по уравнению:
∆Sr0=νiSi(прод)0-νiSi(исх)0
∆Sr0=S0СH4+2S0H2O-(S0CO2)+4S0(H2)=186.27+2*188.72-(213.66+4*130.52)=-172,03 Дж/К
Так как △S <0 – беспорядок в системе уменьшается, следовательно, число молекул газов уменьшается.
Из реакции видно, что количество газообразных веществ в продуктах реакции уменьшилось с пяти до трех.
1.4
Рассчитаем энтропию химической реакции ∆G298 0(тепловой эффект химической реакции), используя следствие из закона Гесса.
∆Gr0=νi∆Gi(прод)0-νi∆Gi(исх)0
а) Учитывая значения ∆G298 0 и стехиометрические коэффициенты для всех веществ, участвующих в реакции, получаем:
∆Gr0=∆G0СH4+2∆G0H2O-∆G0CO2+4∆G0H2=-50.85+(2*-228.61--394.37+4*0= -113.7 кДж
∆G298 0 можно рассчитать по уравнению Гиббса:
∆Gr0=∆Hr0-T∆Sr0=-159960-298∙-172.03=-108.7 кДж
Величины G0r(298), рассчитанные двумя способами практически совпадают
.
Так как < 0, процесс возможен, протекает прямая реакция(→);
Определим, является ли данная реакция обратимой.
Используя уравнение Гиббса и знаки △Hr и △Sr (△Hr < 0 и △Sr < 0), определим знаки при высоких и низких температурах и направление протекания реакции.
Условно можно считать, что △H и △S не зависят от температуры
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
