Выполните следующие девять заданий для данной реакции (табл. 2) (справочные величины, необходимые для расчетов, возьмите в прил. 1):
1. По значениям стандартных энтальпий образования участвующих в реакции веществ H0f,298 вычислите тепловой эффект реакции при стандартных условиях H0298. Выделяется или поглощается тепло при протекании реакции? Эндо- или экзотермической является данная реакция?
2. Для исходных веществ и продуктов реакции определите величины средних теплоемкостей в диапазоне температур 298–Т и изменение теплоемкости Δ в ходе реакции. Пользуясь законом Кирхгофа, вычислите тепловой эффект реакции H0T при температуре T и стандартном давлении с учетом величины Δ.
3. Выведите для реакции функциональную зависимость изменения молярной изобарной теплоемкости от температуры: = f(T).
4. Вычислите величину H0T, пользуясь законом Кирхгофа и установленной функциональной зависимостью = f(T). Как влияет увеличение температуры на величину теплового эффекта реакции?
5. Качественно оцените знак изменения энтропии S при протекании реакции. Объясните полученный результат. По значениям стандартных энтропий участвующих в реакции веществ S0298 вычислите изменение энтропии реакции при стандартных условиях S0298.
6. Используя функциональную зависимость = f(T), вычислите изменение энтропии реакции S0T при температуре T и стандартном давлении. Как влияет повышение температуры на S0T?
7. Качественно оцените вероятность самопроизвольного протекания реакции при высоких и низких температурах. Вычислите изменение энергии Гиббса G0298 реакции, протекающей при стандартных условиях. Возможно ли самопроизвольное протекание процесса при стандартных условиях? Определите температуру T0, при которой реакция меняет свое направление.
8. Вычислите изменение энергии Гиббса G0T реакции, протекающей при стандартном давлении и температуре T, считая, что H0T и S0T не зависят от температуры (метод Улиха). Постройте график зависимости G0T от температуры. Сделайте вывод о влиянии температуры на вероятность самопроизвольного протекания процесса в прямом направлении.
9. Вычислите изменение энергии Гиббса G0T реакции, протекающей при температуре T и стандартном давлении, учитывая зависимость H0T и S0T от температуры. Сравните полученные значения G0T с величиной изменения энергии Гиббса, рассчитанной по методу Улиха, и оцените их расхождение.
Реакция: Ca(OH)2(т) + CO2(г) = CaCO3(т) + H2O(г).
T = 500 К
Решение
Уравнение реакции:
Ca(OH)2(т) + CO2(г) = CaCO3(т) + H2O(г).
1. По значениям стандартных энтальпий образования участвующих в реакции веществ H0f,298 вычислите тепловой эффект реакции при стандартных условиях H0298. Выделяется или поглощается тепло при протекании реакции? Эндо- или экзотермической является данная реакция?
H0f,298(Ca(OH)2(т)) = –985,12 кДж/моль.
H0f,298(CO2(г)) = –393,51 кДж/моль.
H0f,298(CaCO3(т)) = –1206,83 кДж/моль.
H0f,298(H2O(г)) = –241,81 кДж/моль.
H0298 = H0f,298(CaCO3(т)) + H0f,298(H2O(г)) – H0f,298(Ca(OH)2(т)) – – H0f,298(CO2(г))
H0298 = –1206,83 + (–241,81) – (–985,12) – (–393,51) = –70,01 кДж.
Величина H0298 отрицательна, поэтому теплота выделяется. Реакция является экзотермической.
2. Для исходных веществ и продуктов реакции определите величины средних теплоемкостей в диапазоне температур 298–Т и изменение теплоемкости Δ в ходе реакции. Пользуясь законом Кирхгофа, вычислите тепловой эффект реакции H0T при температуре T и стандартном давлении с учетом величины Δ.
Среднюю теплоемкость в заданном интервале температур рассчитаем по уравнению:
,
где Q – количество теплоты, подведенной к системе.
С учетом зависимости истинной теплоемкости от температуры:
получим выражение:
Справочные данные:
a(Ca(OH)2(т)) = 105,19.
b(Ca(OH)2(т)) = 12,0110–3.
c’(Ca(OH)2(т)) = –19,00·105.
= 97,23.
a(CO2(г)) = 44,14.
b(CO2(г)) = 9,0410–3.
c’(CO2(г)) = –8,54105.
= 42,02.
a(CaCO3(т)) = 104,52.
b(CaCO3(т)) = 21,9210–3.
c’(CaCO3(т)) = –25,94105.
= 95,86.
a(H2O(г)) = 30,00.
b(H2O(г)) = 10,7110–3.
c’(H2O(г)) = 0,33105.
= 34,49.
Вычисляем изменение теплоемкости в ходе реакции.
Δ = + – –
Δ = 95,86 + 34,49 – 97,23 – 42,02 = –8,90 Дж/(мольК).
Пользуясь законом Кирхгофа, вычислим тепловой эффект реакции H0T при температуре T и стандартном давлении с учетом величины Δ.
H0500 = H0298 + Δ(T2 – T1)
H0500 = –70,01 + (–8,9010–3) (500 – 298) = –71,81 кДж.
3
. Выведите для реакции функциональную зависимость изменения молярной изобарной теплоемкости от температуры: = f(T).
Зависимость реагирующих веществ от температуры представлена для неорганических веществ уравнениями вида:
= a + bT + c’T–2
Поэтому величину рассчитывают по уравнению:
= a + bT + c’T–2
Рассчитаем величины a, b, c’.
a = a(CaCO3(т)) + a(H2O(г)) – a(Ca(OH)2(т)) – a(CO2(г))
a = 104,52 + 30,00 – 105,19 – 44,14 = –14,81.
b = b(CaCO3(т)) – b(H2O(г)) – b(Ca(OH)2(т)) – b(CO2(г))
b = 21,9210–3 + 10,71·10–3 – 12,0110–3 – 9,0410–3 = 11,5810–3.
c’ = c’(CaCO3(т)) + c’(H2O(г)) – c’(Ca(OH)2(т)) – c’(CO2(г))
c’ = –25,94105 + 0,33·105 – (–19,00·105) – (–8,54105) = 1,93105.
Функциональная зависимость изменения молярной изобарной теплоемкости от температуры для данной реакции имеет вид:
= –14,81 + 11,5810–3T + 1,93105T–2.
4. Вычислите величину H0T, пользуясь законом Кирхгофа и установленной функциональной зависимостью = f(T). Как влияет увеличение температуры на величину теплового эффекта реакции?
Для расчета теплового эффекта реакции воспользуемся уравнением Кирхгофа в интегральной форме:
После подстановки зависимости от T в уравнение Кирхгофа и интегрирования получим:
= –71807 Дж/моль = –71,81 кДж/моль.
С увеличением температуры тепловой эффект реакции увеличивается.
5. Качественно оцените знак изменения энтропии S при протекании реакции. Объясните полученный результат
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
