Дайте термодинамическую характеристику реакции на основании количественный расчётов ∆Н0r, ∆S0r, ∆G0r.
4.2.1. Выпишите из справочных таблиц стандартные термодинамические свойства ∆Н0f,298, S0f,298, ∆G0f,298 всех веществ, участвующих в реакции.
4.2.2. Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтальпии химической реакции ∆Н0r:
- рассчитайте стандартную энтальпию химической реакции ∆Н0r;
- определите, является реакция экзо- или эндотермической, выделяется или поглощается теплота в результате протекания реакции.
4.2.3. Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтропии химической реакции ∆S0r:
- рассчитайте стандартную энтропию химической реакции ∆S0r по абсолютным стандартным энтропиям веществ S0f,298;
- объясните изменение энтропии, проведя анализ агрегатного состояния всех участвующих в реакции веществ и сравнив число газообразных молекул исходных веществ и продуктов реакции.
4.2.4. Охарактеризуйте процесс по величине энергии Гиббса химической реакции ∆G0r:
- рассчитайте стандартную энергию Гиббса ∆G0r:
а) по стандартным энергиях Гиббса образования веществ ∆G0f,298;
б) по уравнению Гиббса.
Сравните полученные величины. Укажите направление протекания реакции при 298 К.
- определите знаки энергии Гиббса химической реакции ∆G0r и направление протекания реакции (прямая или обратная) при низких температурах (Т → 0) и при высоких температурах (Т → ∞). Для этого проведите анализ уравнения Гиббса, допуская, что ∆Н0r и ∆S0r не зависят от температуры.
4.2.5. Сделайте вывод об обратимости процесса. Для обратимой реакции рассчитайте равновесную температуру Тр.
4.2.6. Изобразите схематически график зависимости ∆G0r от температуры, используя результаты анализа уравнения Гиббса.
4.2.7. Укажите для обратимой реакции, при каких температурах, больших или меньших равновесной Тр, самопроизвольно протекает прямая реакция, а при каких – обратная.
Дано: СО2(г) + 3Н2(г) = СН3ОН(г) + Н2О(г); ∆Т = 30 К; γ = 4,0
Решение
4.2.1
Вещества СО2(г) Н2(г) СН3ОН(г) Н2О(г)
∆Н0f,298, кДж/моль -393,51 0 -201,00 -241,82
S0f,298, Дж/моль К 213,68 130,58 239,76 188,7
∆G0f,298, кДж/моль -394,38 0 -162,38 -228,61
4.2.2
Стандартная энтальпия химической реакции равна
∆Н0r = ∆Н0f,298(Н2О) + ∆Н0f,298(СН3ОН) - 3∙∆Н0f,298(H2) - ∆Н0f,298(СО2);
∆Н0r = (-241,82) +∙(-201,00) – 3∙0 – (-393,51) = -49,31 (кДж/моль).
Qx.p. = - ∆Н0r = + 49,31 (кДж/моль).
Реакция экзотермическая, тепло выделяется.
4.2.3
Стандартная энтропия химической реакции равна
∆S0r = S0f,298(Н2О) + S0f,298(СН3ОН) - 3∙S0f,298(H2) - S0f,298(СО2);
∆S0r = 188,7 + 239,76 – 3∙130,58 – 213,68 = -176,96 (Дж/моль К) = -0,177 (кДж/моль К)
Исходные вещества – газы, 1 + 3 = 4 молей, в результате реакции из 4 молей газообразных веществ образуется 1 + 1 = 2 моля газообразных веществ, поэтому в ходе реакции энтропия уменьшается.
4.2.4
Стандартная энергия Гиббса равна
∆G0r = ∆G0f,298(Н2О) + ∆G0f,298(СН3ОН) - 3∙∆G0f,298(H2) - ∆G0f,298(СО2);
∆G0r = (-228,61) + (-162,38) – 3∙0 – (-394,38) = 3,39 (кДж/моль).
Стандартная энергия Гиббса, вычисленная по уравнению Гиббса, равна
∆G0r = ∆Н0r - Т∙∆S0r;
∆G0r = -49,31 - 298∙(-0,177) = 3,44 (кДж/моль).
Значения ∆G0r, вычисленные разными способами, практически совпадают, среднее значение равно ∆G0r = 3,42 кДж/моль
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
