Химия. Абакумова Н.А. - 25 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

нет. Объем 1 моля газа гораздо больше, чем объем 1 моля кристаллического вещества; возможность хаотичного движе-
ния молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-
молекулярной структуры вещества, то энтропия 1 моля паров вещества больше 1 моля его кристаллов при одинаковой
температуре.
П р и м е р 2. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе СН
4
(г) + СO
2
(г) =
2СО(г) + 2Н
2
(г)?
Р е ш е н и е. Для ответа на вопрос следует вычислить ∆
G°
298
прямой реакции. Значения ∆G°
298
соответствующих ве-
ществ приведены в прил. 4. Зная, что ∆
G есть функция состояния и что ∆G° для простых веществ, находящихся в устой-
чивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим ∆
G°
298
процесса:
∆G°
298
= 2(– 137,27) + 2(0) – (– 50,79 – 394,38) = + 170,63 кДж.
То, что ∆G°
298
> 0, указывает на невозможность самопроизвольного протекания прямой реакции при Т = 298 K и ра-
венстве давлений взятых газов 101 325 Па (760 мм рт. ст. = 1 атм).
П р и м е р 3. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии веществ вычис-
лить ∆
G°
298
реакции, протекающей по уравнению
CO(г) + H
2
O(ж) = CO
2
(г) + H
2
(г).
Р е ш е н и е. ∆G° = ∆Н° – Т∆S
o
. ∆Н и S – функции состояния, поэтому
∆H°
x. p
= Σ∆H°
прод
– Σ∆H°
исх
;
∆S°
x. p
= ΣS°
прод
– ΣS°
исх
;
∆H°
х. р
= (– 393,51 + 0) – (– 110,52 – 285,84) = + 2,85 кДж;
∆S°
х. р
= (– 213,65 + 130,59) – (197,91 + 69,94) = + 76,39 =
= 0,07639 кДж / (моль · K);
∆G
o
= + 2,85 – 298 · 0,07639 = – 19,91 кДж.
П р и м е р 4. Реакция восстановления Fe
2
O
3
водородом протекает по уравнению:
Fe
2
O
3
(к) + 3Н
2
(г) = 2Fe(к) + 3Н
2
O(г); ∆Н = + 96,61кДж.
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии ∆S° = 0,1387 кДж / (моль · K)? При ка-
кой температуре начнется восстановление Fe
2
O
3
?
Р е ш е н и е. Вычисляем ∆
G° реакции, используя данные прил. 3 и 5 по значениям энтальпии и энтропии:
∆G = ∆Н – Т∆S = 96,61 – 298 · 0,1387 = + 55,28 кДж.
Так как ∆
G > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реак-
ция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой ∆
G = 0:
∆H = Т∆S; Т = ∆Н / ∆S = 96,61 / 0,1387 = 696,5 K.
Следовательно, при температуре 696,5 K начнется реакция восстановления Fe
2
O
3.
Иногда эту температуру называют
температурой начала реакции.
П р и м е р 5. Вычислить ∆Н°, ∆S° и ∆G°
т
реакции, протекающей по уравнению:
Fe
2
O
3
(к) + 3С = 2Fе + 3СО(г).
Возможна ли реакция восстановления Fe
2
O
3
углеродом при температурах 500 и 1000 K?
Р е ш е н и е. ∆
Н°
х. р
и ∆S°
х. р
находим по следствию из закона Гесса, т.е. так же, как в примере 3:
∆Н°
х. р
= [3 · (– 110,52) + 2 · 0] – [– 822,10 + 3 · 0] =
= – 331,56 + 822,10 = + 490,54 кДж;
∆S°
х. р
= (2 · 27,2 + 3 · 197,91) – (89,96 + 3 · 5,69) = 541,1 Дж / K.
Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения ∆G°
т
= ∆Н° – Т∆Sº:
∆G°
500
= 490,54 – 500 · 541,1 / 1000 = + 219,99 кДж;
∆G°
1000
= 490,54 – 1000 · 541,1 / 1000 = – 50,56 кДж.
Так как ∆G
500
> 0, а ∆G
1000
< 0, то восстановление Fe
2
О
3
углеродом возможно при 1000 K и невозможно при 500 K.

Страницы