Дайте термодинамическую характеристику реакции (варианты задания приведены в табл. 4.1) на основании количественных расчётов 0Hr , S0r , 0Gr .
4.2.1. Выпишите из справочных таблиц (прил. 5, [25]) стандартные термодинамические свойства (H0f (298), S 0 (298), G0f (298)) всех веществ, участвующих в реакции.
4.2.2. Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтальпии химической реакции 0Hr :
− рассчитайте стандартную энтальпию химической реакции 0Hr
− 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 0Sr :
− рассчитайте стандартную энтропию химической реакции 0Sr по абсолютным стандартным энтропиям веществ S 0 (298);
− объясните изменение энтропии 0Sr (< 0; > 0; = 0), 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 0 Gr :
− Рассчитайте стандартную энергию Гиббса 0 Gr:
а) по стандартным энергиям Гиббса образования веществ Δ0G f (298);
б) по уравнению Гиббса. Сравните полученные величины. Укажите направление протекания реакции при 298 К.
− Определите знаки энергии Гиббса химической реакции 0Gr и направление протекания реакции (прямая или обратная) при низких ( T 0 ) и при высоких температурах ( T ). Для этого проведите анализ уравнения Гиббса, допуская, что 0Hr и 0Sr 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 Gr 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: SO2(г) + Cl2(г) = SO2Cl2(г)
Решение
Выпишем из справочной таблицы (прил. 5) стандартные термодинамические свойства всех участвующих в реакции веществ: стандартную энтальпию образования H0f (298), абсолютную стандартную энтропию S 0 (298), стандартную энергию Гиббса образования 0Gf (298) – и представим в виде таблицы.
Термодинамические свойства веществ SO2(г) Cl2(г) SO2Cl2(г)
H0f (298),кДж/моль - 296,9 0 -363,17
S 0 (298),(Дж/моль К) 248,07 222,98 311,29
0Gf (298),кДж/моль - 300,21 0 - 318,85
Рассчитаем энтальпию химической реакции H0r (тепловой эффект химической реакции), используя следствие из закона Гесса.
Тепловой эффект реакции (H0r) равен сумме энтальпий образования H0f продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции
H0r = H0 SO2Cl2(г) – [H0 SO2(г) + H0 Cl2(г)] =
= - 363,17 – [- 296,9 + 0] = - 66,27 кДж
H0r < 0, реакция идет с выделением теплоты, является экзотермической
Рассчитаем энтропию химической реакции S0r , используя значения S 0 (298) для всех веществ, участвующих в реакции.
Изменение энтропии химической реакции равно сумме энтропий продуктов реакции за вычетом суммы энтропий исходных веществ
.
S0r = S0 SO2Cl2(г) – [S0 SO2(г) + S0 Cl2(г)] = 311,29 – [248,07 + 222,98] =
= - 159,76 Дж/К = - 0,1598 кДж/К
S0r <0, реакция протекает с уменьшением беспорядка в системе (неупорядоченность системы уменьшается). И действительно, из 2 молей газообразных веществ (SO2(г) + Cl2(г)) , образуется всего 1 моль SO2Cl2(г)
неупорядоченность системы уменьшается.
Вычислим энергию Гиббса химической реакции по стандартным энергиям Гиббса образования веществ Δ0G f (298):
Энергия Гиббса химической реакции равна сумме энергий Гиббса образования продуктов реакции, за вычетом суммы энергий Гиббса образования исходных веществ, с учетом коэффициентов.
G0r = G0 SO2Cl2(г) – [G0 SO2(г) + G0 Cl2(г)] = - 318,85 – [ -300,21 + 0]=
= - 18,64 кДж
Gr можно также рассчитать и по уравнению Гиббса:
G0r = H0r - TS0r = - 66,27кДж – 298 К ∙ (- 0,1598 кДж/К) = - 18,65кДж
Так как G0r < 0, при стандартных условиях реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.
При T 0 (низкие температуры) Gr < 0, так как значение Gr определяется энтальпийным фактором: значением Hr , протекает прямая реакция
при T (высокие температуры) Gr > 0, так как значение Gr определяется энтропийным фактором , протекает обратная реакция.
Так как данная реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении, то является обратимой
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
