Примеры решения задач.. Пример. Найдите тепловой эффект реакции горения метана СH4.. Знак изменения функции. Возможность протекания реакции

Примеры решения задач.

Нахождение теплового эффекта химической реакции по стандартам теплотам образования (сгорания) исходных и конечных веществ.

Пример. Найдите тепловой эффект реакции горения метана СH4.

Первый способ -через стандартные теплоты образования.

1. Запишем уравнение реакции: СH₄ + 2O₂ = СO₂ + 2H₂ O + Q

2. Выразим в общем виде Qчерез Q_обр учитывая коэффициенты:

Q = [Q_обр (СO₂) + 2Q_обр(H₂O)] – [Q_обр (СH₄) + 2Q_обр (O₂)].

3. Подставим значения в полученную формулу: Q = 393,5 + 2 ∙ 285,8 – 74,8 = 890,3 кДж.

Второй способ– через стандартные теплоты сгорания.

Гораздо проще решить эту задачу через Q_сгор.Так как из всех веществ в данной системе только метан – горючий, то Q_сгор воды, углекислого газа и кислорода равна нулю. По таблице стандартных теплот сгорания Q_сгор (CH₄) = 890,3 кДж/моль, значит Q= 890,3 кДж.

Кроме такой характеристики системы, как энтальпия H, существует энтропия S.С одной стороны, каждая система стремится к более устойчивому, упорядоченному состоянию, соответствующему минимуму внутренней энергии, с другой – система состоит из огромного числа частиц, которые находятся в беспорядочном и непрерывном движении. Мерой упорядоченности состояния системы является ∆Н, мерой неупорядоченности – энтропияS. Чем выше температура, чем больше объем системы, тем сильнее неупорядоченность и больше энтропия, и наоборот. Состояние веществ вблизи абсолютного нуля можно считать максимально упорядоченным – S →0. В отличие от Набсолютное значение Sможно найти. Значение стандартных энтропий приводится в таблицах. Например, S⁰₂₉₈(H₂) = 130,5 Дж/моль ∙ К,a S⁰₂₉₈(Z_nO) = 43,6 Дж/моль ∙ К.

В ходе химических реакций энтропия системы меняется, ее изменение ∆Sможно рассчитать.

Вследствие стремления системы к состоянию с минимальной энергией частицы проявляют тенденцию к сближению, взаимодействию друг с другом, образованию прочных агрегатов, уменьшению объема. Тепловое движение, напротив, вызывает разброс частиц, увеличивая объем системы. Каждая из этих противоположных тенденций зависит от природы веществ и условий протекания процесса (t⁰, давления, концентрации веществ и т.д.). Сравнение этих тенденций позволяет определить направление процесса. ∆Н– энтальпийный фактор, ∆S ∙T – энтропийный фактор, при ∆Н= T∆Sсистема находится в состоянии равновесия.

Разница ∆Ни T∆Sназывается энергией Гиббса. ∆G= ∆Н–T∆S[кДж/моль]. Стандартная энергия Гиббса – табличная величина.

Таким образом, используя данные таблиц, можно определить ∆Н, ∆Sи AGлюбого процесса и сделать вывод о возможности его протекания по таблице:

Знак изменения функции			Возможность протекания реакции
∆Н	∆S	∆G	Возможность протекания реакции
–	+	–	Возможна при любых температурах
+	–	+	Невозможна при любых температурах
–	–	±	Возможна при достаточно низких температурах
+	+	±	Возможна при достаточно высоких температурах

Например:

Дана реакция 3H₂ + N↔ 2NH₃.Определите возможность ее протекания. По таблице находим S, и ∆G веществ, участвующих в этой реакции:

	∆Н⁰	∆S⁰	∆G⁰
н₂		130,5
N₂		191,5
NH₃	–46,2	192,6	–16,7

Определим ∆Н⁰ (реакции) = 2∆Н⁰(NH₃) - ∆Н⁰ (N₂) – 3∆Н⁰ (H₂) = –46,2 ∙ 2 = –92,4 кДж.

∆S⁰ (реакции) = 2S⁰(NH₃) – S⁰(N₂) – 3S⁰(H₂) = 192,6 ∙ 2 – 191,5 – 3 ∙ 130,5= –197,8 кДж. ∆G⁰ (реакции) = 2∆G⁰(NH₃) – ∆G⁰(N₂) – 3∆G⁰(H₂) = –16,7 ∙ 2 = –33,4 кДж.

Знак ∆Н («–»); ∆S («–»); ∆G («–») – реакция возможна, при достаточно низких температурах.

Рассчитаем, при какой температуре реакция возможна, из формулы ∆G = ∆Н – T∆S;

⇐ Предыдущая 1 23

Примеры решения задач.. Пример. Найдите тепловой эффект реакции горения мета­на СH4.. Знак изменения функции. Возможность протекания реакции

Примеры решения задач.. Пример. Найдите тепловой эффект реакции горения метана СH4.. Знак изменения функции. Возможность протекания реакции