Определение возможности протекания химической реакции. Рассчитайте тепловой эффект реакции в стандартных условиях

Ответ

при сгорании 1 кг NH3 выделится 74472 кДж тепла. 2. До начала реакции было 4 + 3 = 7 молей газообразных веществ, после реакции образовалось 2 + 6 = 8 молей газов. Энтропия в ходе реакции увеличивается, ΔS > 0. 3. Изменение энтропии в ходе реакции вычислим по уравнению ΔS2980=n⋅S,298(прод)0-m⋅S298(исх)0; ΔS2980=[2⋅S2980(N2)+6⋅S2980(H2O)]-4⋅S2980(NH3)+3⋅S2980(O2); ΔS2980=[2⋅191,5+6⋅188,74]-4⋅192,5+3⋅205,03=130,35Дж/моль К. В ходе реакции энтропия будет увеличиваться, так как в ходе реакции увеличивается число молей газов. 4. Направление протекания реакции определяем по изменению энергии Гиббса: . При высоких температурах, когда Т→∞, произведение Т·∆S значительно больше, чем ∆Н, поэтому знак изменения определяем по знаку изменения ∆S. Так как ∆S > 0, то ΔG≈-T⋅ΔS<0, то есть при высоких температурах реакция может идти самопроизвольно. При низких температурах Т→ 0, величина Т·∆S мала и не оказывает большого влияния на знак изменения . При низких температурах знак изменения энергии Гиббса зависит от знака изменения ∆Н: . Так как ∆Н < 0, то и < 0. При низких температурах реакция также может идти самопроизвольно. 5. Изменение энергии Гиббса в стандартных условиях при Т1 = 298 К равно ΔG2980=ΔH2980-T1⋅ΔS2980; значение переведем из Дж/моль К в кДж/моль К: = 0,130 кДж/К. ΔG2980=-1266,1-298⋅0,130=-1304,9 (кДж). Изменение энергии Гиббса при Т2 = 750 К равно ΔGT20=ΔH2980-T2⋅ΔS2980=-1266,1-750⋅0,130=-1363,6 (кДж). При Т1 = 298 К и при Т2 = 750 К реакция может идти самопроизвольно. 6. График зависимости строим по двум точкам (рис. 1): при Т = 298 К ΔG2980=-1304,9 (кДж) и при Т = 750 К ΔG8000=-1363,6 (кДж). Рисунок 1. Зависимость ∆G от температуры Реакция необратимая. При любой температуре ∆G < 0, реакция идёт в прямом направлении. 7. Константа равновесия вычисляется по уравнению Kp=pN22⋅pH2O6pNH34⋅pO23. ΔG=-R⋅T⋅lnKp; где R – универсальная газовая постоянная, равна 8,31 Дж/моль К; ∆G – изменение энергии Гиббса при температуре Т, выраженное в Дж: ΔG2980=-1304,9 (кДж) = - 1304,9∙103 (Дж) и ΔG7500=-1363,6 (кДж) = - 1363,6∙103 (Дж). lnKp=-ΔGR⋅T; при Т1 = 298 К lnKp=--1304,9⋅1038,31⋅298=527; Кр = е527 = 1,4∙10228; при Т2 = 750 К lnKp=--1363,6⋅1038,31⋅750=218,8; Кр = е218,8 = 5,4∙1094. При 298 К и при 750 К константа Кр > 1, поэтому равновесие будет смещено в сторону прямой реакции, но так как К298 > К750, то в газовой смеси концентрация продуктов реакции будет больше при 298 К. 8. Реакция изменит свое направление при ∆G = 0. Из выражения Tp=ΔHΔS=-1266,10,130=-9739. Температура по шкале Кельвина не может принимать отрицательные значения. При любой температуре реакция может самопроизвольно идти только в прямом направлении.