Стандартные термодинамические функции

 

Вещество	Δ Н^0298, кДж/моль	Δ G^0298, кДж/моль	S^0298, Дж/(моль·К)
Ga(к)			41,1
HCl(г)	-91,8	-94,79	186,8
GaCl3(к)	-524,7	-492,8	133,4
Н2(г)			130,52

 

Данные термодинамические функции относятся к 1 моль вещества и при расчетах должны быть умножены на стехиометрические коэффициенты.

3. Изменение энтальпии химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:

_ΔН_х.р = _ΔН⁰₂₉₈(Н_2(г)) + _ΔН⁰₂₉₈(GaCl_3(т)) - _ΔН⁰₂₉₈(Ga_(т)) - 3 _ΔН⁰₂₉₈(HCl_(г)) = 0 – 524,7 – 0 – 3(- 91,8) = - 524,7 + 275,4 = - 249,3 кДж/моль

Для построения энтальпийной диаграммы, определяем сумму энтальпий образования исходных веществ и продуктов реакции отдельно:

∑_ΔН_{обр. исх. в-в} = - 275,4 кДж; ∑_ΔН_{обр. прод. р-ии} = - 524,7 кДж (рис.4).

4. В ходе реакции энергия выделяется, < 0, реакция экзотермическая. Выделение тепла вызывает повышение температуры.

5. Изменение стандартной энтропии химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:

_ΔS_х.р = S⁰₂₉₈(Н_2(г)) + S⁰₂₉₈(GaCl_3(т)) - S⁰₂₉₈(Ga_(т)) - 3S⁰₂₉₈(HCl_(г)) = 130,52 + 133,4 – 41,1 – 3·186,8 = 195,78 + 133,4 - 560,4 - 41,1 = 329,18– 601,5 = -272,32 Дж/(моль·K)

Уменьшение энтропии в ходе реакции свидетельствует об упорядочении системы – уменьшении числа газообразных молекул и об обратимости данного процесса.

 

ΔН,кДж/моль

Ход реакции

-100

-200

-300

-400

-500

-600

-700

∑ Δ Нобр. исх. в-в

∑ Δ Нобр. продуктов р-ии

Δ Н < 0, Экзотермическая реакция

Рис. 4. Энтальпийная диаграмма

 

6. Изменение стандартной энергии Гиббса химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:

_ΔG_х.р = _ΔG⁰₂₉₈(Н_2(г)) + _ΔG⁰₂₉₈(GaCl_3(т)) - _ΔG⁰₂₉₈(Ga_(т)) - 3_ΔG⁰₂₉₈(HCl_(г)) =

=0 – 492,8 – 0 – 3(- 94,79) = - 492,8 + 284,37 = - 208,43 кДж/моль

По уравнению Гиббса:

ΔG = - 249,3 - 298·(- 272,32·10^-3) = - 249,3 + 81,15 = - 168,15 кДж/моль.

Отрицательный знак изобарного потенциала (Δ G<0) свидетельствует о возможности протекания реакции в стандартных условиях. Разница в величинах Δ G, рассчитанных двумя путями находится в пределах допустимого (15 %).

7.Поскольку _ΔS<0 и _ΔH<0, то реакция обратима.

8. Для данной реакции рассчитаем температуру равновесия (Т_р) и сравним со значением Т_р на графике:

= 915,47 K

9. Получим зависимость _ΔG = f (T), рассчитав величину _ΔG при Т = 500, 1000, 1500 К.

_Δ G₅₀₀ = - 249,3 - 500·(- 272,32·10^-3) = - 249,3 + 136,16 = - 113,14 кДж/моль

_Δ G₁₀₀₀ = - 249,3 - 1000·(- 272,32·10^-3) = - 249,3 + 272,32 = 23,02 кДж/моль

_Δ G₁₅₀₀ = - 249,3 - 1500·(- 272,32·10^-3) = - 249,3 + 408,48 = 159,18 кДж/моль

Строим по полученным данным зависимость _ΔG = f (T), (рис. 5).

ТР

Рис. 5. График зависимости ΔG_х.р. = f (T).

 

10. Вывод: реакция обратимая, экзотермическая, протекает при стандартных условиях и возможна в температурном интервале при значениях _ΔG< 0, т. е. при температуре ниже 915,47 К.

3.4. Индивидуальные задания

Задание 1. Дайте термодинамическую характеристику процесса (табл. 22).

Таблица 22

Варианты контрольного задания

Вариант	Уравнение реакции

Продолжение табл. 22

 

Задание 2. Решите задачу своего варианта (табл. 23).

Таблица 23

Варианты контрольного задания

Вариант	Условия
	Вычислите количество теплоты, которое выделится при восстановлении Fe2O3 металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа. Ответ: 2543,1 кДж.
	Газообразный этиловый спирт С2Н5ОН можно получить при взаимодействии этилена С2Н4(Г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, предварительно вычислив ее тепловой эффект. Ответ: - 45,76 кДж.
	При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод СS2(Г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, предварительно вычислив ее тепловой эффект. Ответ: +65,43 кДж.
	Исходя из уравнения реакции вычислите энтальпию образования метилового спирта: СН3ОН(Ж) + 3/2О2(Г) = СО2(Г) = Н2О(Ж); ΔΗ = - 726, 5 кДж. Ответ: - 238,6 кДж/моль
	Определите стандартную энтальпию образования РН3, исходя из уравнения: 2РН3(Г) + 4О2(Г) = Р2О5(К) + 3Н2О(Ж); ΔΗ = -2360 кДж. Ответ: 5,3 кДж/моль.
	Исходя из теплового эффекта реакции определите энтальпию образования ортофосфата кальция: 3СаО(К) + Р2О5(К) = Са3(РО4)2(К); ΔΗ = - 739 кДж. Ответ: - 4137,5 кДж/моль.
	Найдите количество теплоты, выделяющегося при взрыве 8,4 л гремучего газа, взятого при нормальных условиях. Ответ: 60,5 кДж.
	При соединении 2,1 г железа с серой выделилось 3,77 кДж тепла. Рассчитайте теплоту образования сульфида железа. Ответ: -100,3 кДж/моль.
	При восстановлении 12,7 г оксида меди (II) углем (с образованием СО) поглощается 8,24 кДж. Определите ΔΗ образования CuO. Ответ: - 162,1 кДж/моль.

Продолжение табл. 23

	Напишите термохимическое уравнение реакции между СО(Г) и водородом, в результате которой образуются СН4(Г) и Н2О(Г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 618,48 кДж.
	Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензина с образованием паров воды и диоксида углерода равен – 3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С6Н6(Ж). Ответ: +49,03 кДж.
	При получении молярной массы эквивалента гидроксида кальция из СаО(К) и Н2О(Ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: - 635,6 кДж.
	Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена С2Н2, если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды? Ответ: 924,88 кДж.
	При сгорании 11,5 г жидкого этанола выделилось 308,71 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н5ОН(Ж). Ответ: - 277,67 кДж.
	Вычислите значения ΔΗХР для протекающих в организме процессов превращения глюкозы: С6Н12О6(К) = 2С2Н5ОН(Ж) + 2СО2(Г); С6Н12О6(К) + 6О2(Г) = 6Н2О(Ж) + 6СО2(Г). Какая из этих реакций поставляет организму больше энергии?

3.5. Тестовые задания

1. Формулировкой I закона термодинамики является:

а) В реакциях, протекающих при постоянном давлении, изменение энтальпии равно изобарному тепловому эффекту реакции, взятому с противоположным знаком.

б) Тепловой эффект реакции зависит от химической природы и агрегатного состояния исходных веществ и продуктов, но не зависит от пути ее протекания.

в) В изолированной системе самопроизвольно протекают процессы в направлении большего беспорядка или наиболее вероятного существования системы.

г) Энергия не может ни появляться, ни исчезать, она может только переходить из одного состояния в другое.

2. Реакция невозможна при любых температурах в случае:

а) ΔH > 0, ΔS > 0 в) ΔH < 0, ΔS < 0

б) ΔH > 0, ΔS < 0 г) ΔH < 0, ΔS = 0

3. Указать знак ΔG процесса таяния льда при 273 К:

а) ΔG > 0 б) ΔG = 0 в) ΔG < 0 г) ΔG = ¥

4. Реакция возможна при любых температурах в случае:

а) ΔH > 0, ΔS > 0 в) ΔH < 0, ΔS < 0

б) ΔH < 0, ΔS > 0 г) ΔH = 0, ΔS < 0

5. Укажите, для какого процесса энтропия увеличивается

а) в)

б) г)

6. Укажите термохимическое уравнение реакции, выражающее эндотермический процесс:

а)

б)

в)

г)

7. С увеличением энтропии протекают процессы

а) нагревание б) испарение в) кристаллизация г) конденсация

8. В результате реакции, термохимическое уравнение которой , выделилось 1906,5 кДж, масса кальция вступившего в реакцию составила______г

а) 40 б) 80 в) 120 г) 135

9. Максимальное значение энтропии имеет

а) С _(алмаз) б) С (_{графит)} в) СО_{2 (Г)} г) СО_(Г)

10. Тепловой эффект реакции зависит от начального и конечного состояния системы и не зависит от ее промежуточных состояний, закон _________.