Задача 2. Вычислите энергию Гиббса и определите возможность протекания реакции при температурах 1000 и 3000 К.

Расчет параметров термодинамических систем

Задача 1. Рассчитайте стандартную энтальпию и стандартную энтропию химической реакции. Определите в каком направлении при 298 °К (прямом или обратном) будет протекать реакция. Рассчитайте температуру, при которой равновероятны оба направления реакции.
Fe₂O_{3 (к)} + 3H₂ = 2Fe_(к) + 3H₂O_(г)

Решение.

ΔH_р-ции = ΣH⁰_кон– ΣH⁰_исх кДж/моль

Используя справочные данные стандартных энтальпий веществ, находим:

ΔH_р-ции= 2·ΔH⁰_Fe+3·ΔH⁰_H2O— ΔH⁰_Fe2O3 — 3·ΔH⁰_H2= 2·0 + 3·(- 241,82) – (-822,16) — 3·0 = 96,7 кДж/моль

ΔS_р-ции=ΣS⁰_кон– ΣS⁰_исхДж/(моль·K)

Используя справочные данныестандартных энтропий веществ, находим:

ΔS_р-ции= 2·ΔS⁰_Fe+ 3·ΔS⁰_H2O— ΔS⁰_Fe2O3 — 3·ΔS⁰_H2= 2·27,15 + 3·188,7 – 89,96 — 3·131 = 137,44 Дж/(моль·K)

ΔG = ΔH – TΔS= 96,7 – 298 ·137,44 /1000 = 55,75 кДж/моль

При Т=298°К, ΔG > 0 – реакция не идет самопроизвольно, т.е. реакция будет протекать в обратном направлении.

Чтобы рассчитать температуру, при которой равновероятны оба направления реакции, надо ΔG приравнять к нулю:

ΔG = ΔH – TΔS = 0, тогда

T= — (ΔG – ΔH) / ΔS= — (0-96,7)/0,137 = 705,83 K

При Т = 705,83 К реакция будет идти равновероятно как в прямом так и в обратном направлении.

Задача 2. Вычислите энергию Гиббса и определите возможность протекания реакции при температурах 1000 и 3000 К.

Cr2O3 (т) + 3C (т) = 2Cr (т) + 3CO (г)

ΔH₂₉₈, кДж/моль

— 1141

— 110,6

ΔS₂₉₈, Дж/(моль×К)

81,2

5,7

23,6

197,7

Решение.

Вычисления энергии Гиббса проводим согласно выражению:

ΔG_р-ции = ΔH_р-ции – TΔS_р-ции

Необходимо рассчитать энтальпию и энтропию химической реакции.

ΔH_р-ции = ΣH⁰_кон– ΣH⁰_исх кДж/моль

Используя справочные данные стандартных энтальпий веществ, находим:

ΔH_р-ции= 2·ΔH⁰_Cr+ 3·ΔH⁰_CO— ΔH⁰_Cr2O3 — 3·ΔH⁰_C= 2·0 + 3·(- 110,6) – (-1141) — 3·0 = 809,2 кДж/моль

ΔS_р-ции=ΣS⁰_кон– ΣS⁰_исхДж/моль·K

Аналогично, используя справочные данные стандартных энтропий веществ, находим:

ΔS_р-ции= 2·ΔS⁰_Cr+ 3·ΔS⁰_CO— ΔS⁰_Cr2O3 — 3·ΔS⁰_C= 2·23,6 + 3·197,7 – 81,2 — 3·5,7 = 542 Дж/(моль·K)

Найдем энергию Гиббса при 1000 К

ΔG₁₀₀₀= ΔH – TΔS= 809,2 – 1000 ·542 /1000 = 267,2 кДж/моль

ΔG₁₀₀₀> 0, следовательно, реакция самопроизвольно не идет.

Найдем энергию Гиббсапри 3000 К

ΔG3₀₀₀= ΔH – TΔS = 809,2 – 3000 ·542 /1000 = — 816,8 кДж/моль

ΔG3₀₀₀˂ 0, следовательно, реакция протекает самопроизвольно.

12 Следующая ⇒