Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Закономерности химических процессов

Решение типовых контрольных заданий по теме

Задача 1.

Определите тепловой эффект химической реакции, протекающей в стандартных условиях по уравнению

СН_4(г) + СО_2(г) = 2СО_(г) + 2Н_2(г),

если Δ Н⁰₂₉₈(СН_4(г)) = - 74,8 кДж/моль;

Δ Н⁰₂₉₈(СО_2(г)) = - 394,0 кДж/моль;

Δ Н⁰₂₉₈(СО_(г)) = - 110,5 кДж/моль;

Δ Н⁰₂₉₈(Н_2(г)) = 0 кДж/моль;

Какая это реакция экзо- или эндотермическая?

Решение

Тепловой эффект химической реакции Δ Н⁰_реакц, протекающей в стандартных условиях можно определить, пользуясь следствием из закона Гесса

Δ Н⁰_реакц = ∑ ν Δ Н⁰₂₉₈ (продуктов) - ∑ ν Δ Н⁰₂₉₈ (исх. в-в),

где ν – стехиометрический коэффициент соответствующих веществ в реакции,

Δ Н⁰₂₉₈ – теплота образования исходных веществ и продуктов реакции.

Δ Н⁰_реакц = 2∙ Δ Н⁰₂₉₈(СО_(г)) + 2∙ Δ Н⁰₂₉₈(Н_2(г)) - Δ Н⁰₂₉₈(СН_4(г)) - Δ Н⁰₂₉₈(СО_2(г)) =

= 2 моль∙(- 110,5) кДж/моль + 2 моль∙(0) кДж/моль - 1 моль∙(- 74,8) кДж/моль - - 1 моль∙(-394,0) кДж/моль = -221 кДж + 74,8 кДж + 394 кДж = 247,8 кДж.

Так как Δ Н⁰_реакц >0 процесс эндотермический, то есть тепло поглощается при образовании продуктов реакции.

Задача 2.

Возможно ли самопроизвольное протекание реакции в стандартных изобарно-изотермических условиях.

Са(ОН)₂ (кр) + СО₂ (г) = СаСО₃(кр) + Н₂О(ж),

Ответ подтвердите расчетом, пользуясь табличными значениями термодинамических величин

Определите температуру, при которой в системе наступит состояние термодинамического равновесия. При какой температуре процесс пойдет в обратном направлении?

Решение

Критерием самопроизвольного (без затраты работы) протекания химической реакции в неизолированных системах при постоянных давлении и температуре является (изобарно-изотермический потенциал Δ G⁰_реакц ) энергия Гиббса. Расчет ведется по формуле

Δ G⁰_реакц = Δ Н⁰_реакц - Т∙ Δ S⁰_реакц .

Предварительно определим изменение энтальпии (Δ Н⁰_реакц) и энтропии реакции (Δ S⁰_реакц):

Δ Н⁰_реакц = ∑ ν Δ Н⁰₂₉₈ (продуктов) - ∑ ν Δ Н⁰₂₉₈ (исх. в-в),

Δ Н⁰_реакц = [Δ Н⁰₂₉₈(СaCО_3(кр)) + Δ Н⁰₂₉₈(Н₂О_(ж))] - [Δ Н⁰₂₉₈(Са(ОН)_2(кр)) + + Δ Н⁰₂₉₈(СО_2(г))] = [1 моль∙(- 1206,0) кДж/моль + 1 моль∙(-285) кДж/моль] - [1 моль∙ ∙(- 988) кДж/моль + 1 моль∙(-394,0) кДж/моль] = -1491 кДж + 1382 кДж = - 109 кДж.

Δ S⁰_реакц = ∑ ν S⁰₂₉₈ (продуктов) - ∑ ν S⁰₂₉₈ (исх. в-в),

Δ S⁰_реакц = [ S ⁰₂₉₈(СaCО_3(кр)) + S ⁰₂₉₈(Н₂О_(ж))] - [ S ⁰₂₉₈(Са(ОН)_2(кр)) + S ⁰₂₉₈(СО_2(г))] = = [1 моль∙(92,9) кДж/моль + 1 моль∙(70,0) кДж/моль] - [1 моль∙(83,4) кДж/моль + +1 моль∙(213,6) кДж/моль] = 162,9 – 297= -134,3 Дж/К или -0,134 кДж/К.

Подставим значения Δ Н⁰_реакц и Δ S⁰_реакц в формулу расчета Δ G⁰_реакц

Δ G⁰_реакц = - 109 кДж – 298 К∙(-0,134) кДж/К =- 109 кДж + 39,932 кДж = -69 кДж

Так как Δ G⁰_реакц <0 самопроизвольное протекание реакции в стандартных изобарно-изотермических условиях возможно.

Термодинамическим условиям наступления равновесия в системе является равенство нулю изменения изобарно-изотермического потенциала, то есть Δ G⁰_реакц = 0, следовательно, Δ Н⁰_реакц = Т∙ΔS⁰_реакц

Т_равн. = Δ Н⁰_реакц / ΔS⁰_реакц = - 109 / -0,134 = 813,4 К = 540,4 ⁰С

Таким образом, вплоть до температуры 540,4⁰С процесс преимущественно будет протекать в прямом направлении и только при Т>540,4⁰С начнется процесс в обратном направлении.