Тема 5. Химическая термодинамика

ТЕМА 5. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Задание

1. Рассчитайте тепловой эффект реакции горения газообразного вещества А. Экзо- или эндотермична эта реакция?

2. Определите возможность разложения вещества Б до твердого оксида металла и газообразного оксида неметалла в соответствующих степенях окисления при температуре 298 К в неизолированной системе.

3. Рассчитайте константу равновесия реакции п.2 при температуре 400 К.

4. Не производя вычислений, определите знак Δ S реакции п. 2. Ответ мотивируйте.

5. Определите температуру, при которой становится возможной реакция самопроизвольного разложения вещества Б.

Вариант	А	Б	В	Г
	C2H2	BaCO3	^–
	C4H10	Na2CO3	Al(OH)3
	C2H6	MgCO3	Au(OH)3
	C3H8	MnCO3	Ba(OH)2
	C2H4	CaCO3	Be(OH)2
	C3H6	Cs2CO3	Bi(OH)3
	C7H8	CuCO3	Co(OH)2
	C5H12	FeCO3	Ca(OH)2
	C6H14	CoCO3	Cr(OH)3
	C6H6	ZnCO3	Cu(OH)2
	C8H10	Li2CO3	Fe(OH)2
	C7H16	Ag2SO4	Ga(OH)3
	C2H5OH	SrCO3	Hf(OH)4
	CH3OH	CdCO3	In(OH)3
	CO	PbCO3	Mg(OH)2
	C2H4	Na2SO4	Mn(OH)2
	C3H8	BaSO4	Ni(OH)2
	C4H10	BeSO4	Pb(OH)2
	C2H6	CdSO4	Sn(OH)2
	C3H6	CoSO4	Y(OH)3
	C4H10	MnSO4	Tl(OH)3
	C5H12	FeSO4	Zn(OH)2
	C6H14	Cs2SO4	Al(OH)3
	C5H12	CuSO4	Cd(OH)2
	C6H14	Na2SO3	Au(OH)3
	CH3OH	NiSO4	Ba(OH)2
	C3H6	SrSO4	Be(OH)2
	C2H5OH	MgSO4	Bi(OH)3
	CH3OH	K2SO4	Co(OH)2
	C8H18	PbSO4	Sn(OH)4
	C8H10	Li2SO4	Sr(OH)2

Решение 0-го варианта

1. Записываем уравнение реакции горения С₂Н₂. Составляя уравнение реакции в данном разделе, следует учитывать, что при газообразном веществе А должен стоять коэффициент единица, при молекуле кислорода допускаются дробные коэффициенты:

С₂Н_2(г) + 2,5 О_2(г) = 2СО_2(г) + Н₂О_(г).

Тепловой эффект реакции рассчитываем, используя следствие из закона Гесса:

Δ Н⁰ х.р .= ΣΔ Н⁰ прод – ΣΔ Н⁰ исх = 2Δ Н⁰ СО₂(г) + Δ Н⁰ Н₂О(г) – (Δ Н⁰ С₂Н₂(г) + 2,5Δ Н⁰ О₂(г)).

Численные значения термодинамических величин см. в работе [1]:

Δ Н⁰ х.р.= 2^.(-393,51) + (-241,82) – (226,75 + 2,5 ^. 0) = - 1255,59 кДж.

Δ Н⁰ х.р.< 0, реакция экзотермическая (тепло выделяется).

2. Записываем уравнение реакции разложения:

ВаСО_3(т) = ВаО_(т) + СО_2(г).

Рассчитываем величину энергии Гиббса для реакции:

Δ G⁰ х.р. = Δ G⁰ BaO(т) + Δ G⁰ CO₂(г) – Δ G⁰ BaCO₃(т) = -528,40 + (-394,38) – (-1139,0) = = 217,22 кДж,

Δ G⁰ х.р.>0, процесс в неизолированной системе самопроизвольно не протекает при стандартных условиях.

3. Связь константы равновесия реакции и энергии Гиббса выражается уравнением [4,5]:

Δ G⁰ х.р. = -2,3 ^.R^.Т^.lgК,

где R – универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/(моль^.К), Т –температура, К.

Отсюда

lgК = = -28,4; К = 10^-28,4 = 3,99 ^. 10^-29.

4. Энтропия S – мера беспорядка в системе. В рассматриваемом примере в результате реакции п. 2 из одной молекулы твердого вещества ВаСО₃ образуются по одной молекуле твердого ВаО и газообразного СО₂ веществ – беспорядок в системе увеличивается, энтропия растет. Следовательно, Δ S⁰ х.р. > 0.

5. Самопроизвольное протекание реакции начинается при Δ G⁰ х.р.=0.

Δ G⁰ х.р. = Δ H⁰ х.р. – Т^. Δ S⁰ х.р.. Если Δ G⁰ х.р. = 0, то 0 = Δ H⁰ х.р. – Т^. Δ S⁰ х.р ., тогда Δ H⁰ х.р. = Т^. Δ S⁰ х.р., и, следовательно, Т = Δ Н⁰ х.р. / Δ S⁰ х.р..

Рассчитываем значения Δ Н⁰ х.р. и Δ S⁰ х.р. для реакции п. 2:

Δ H⁰ х.р. = Δ H⁰ ВаО(т)+ Δ H⁰ СО₂(г) – Δ H⁰ ВаСО₃(т) =

= -558,10 + (-393,51) – (-1219,0) = 267,39 кДж;

Δ S⁰ х.р. =S⁰ ВаО(т) + S⁰ СО₂(г) – S⁰ ВаСО₃(т) = 70,30 + 213,68 –112,0 = 171,98 Дж/К.

Т = = 1555 К.

Дата добавления: 2015-11-04