Решение. H (энтальпия), S (энтропия) и G (свободная энергия Гиббса или термодинамический потенциал) являются термодинамическими функциями состояния и обладают общим

H (энтальпия), S (энтропия) и G (свободная энергия Гиббса или термодинамический потенциал) являются термодинамическими функциями состояния и обладают общим свойством: их изменение в ходе химической реакции не зависит от пути этой реакции, а определяется только начальными и конечными веществами. Это позволяет вычислять DH, DS, DG для реакции общего вида aA + bB = cC + dD по формулам:

DH⁰ = (cDH⁰_C + dDH⁰_D) - (aDH⁰_A + bDH⁰_B)

DS⁰ = (cS⁰_C + dS⁰_D) - (aS⁰_A + bS⁰_B)

DG⁰ = (cDG⁰_C + dDG⁰_D) - (aDG⁰_A + bDG⁰_B),

где

DH⁰_C, DH⁰_D, DH⁰_A, DH⁰_B - стандартные энтальпии образования веществ C, D, A, B

DG⁰_C, DG⁰_D, DG⁰_A, DG⁰_B - стандартные свободные энергии образования веществ C, D, A, B.

Величину DG⁰ можно вычислить по формуле:

DG⁰ = DH⁰ - T DS⁰

(при этом для стандартных условий T = 298 К).

CdO_(тв) + H_2(г) ⇄ Cd_(тв) + H₂O_(г)

Для реакции, указанной в условии задачи, выписываем необходимые справочные данные:

Составляем расчетные формулы и подставляем в них численные значения:

DH⁰ = (DH⁰ H₂O+DH⁰ Cd) - (DH⁰ H₂ +DH⁰ CdO) = 17,18 кДж

DS⁰ = (DS⁰ H₂O+DS⁰ Cd) - (DS⁰ H₂ +DS⁰ CdO) =55,51 Дж/К =0.05 к Дж/К

DG⁰ = DH⁰ - 298 ∙DS⁰ = 17,18-298∙0,05 = 2,28 кДж

Изменения термодинамических функций H, S, G в ходе химической реакции позволяют судить об особенностях протекания данной реакции и ее природе.

DH определяет величину теплового эффекта химической реакции. Процесс, характеризующийся величиной DH<0, происходит с выделением тепла и относится к разряду экзотермических. DH>0 говорит о том, что тепло в ходе реакции поглощается, такие реакции называются эндотермическими.

В данной реакции величина DH > 0, следовательно, тепло поглощается, и реакция является эндотермической.

DS характеризует изменение степени неупорядоченности системы.

Возрастание энтропии (DS⁰>0) говорит о возрастании неупорядоченности в расположении и перемещении частиц в ходе химической реакции. Это происходит, например, при превращении твердых веществ в жидкие или газообразные или при увеличении количеств газообразных веществ. Напротив, уменьшение энтропии (DS⁰<0) cвидетельствует о возрастании упорядоченности системы в ходе реакции. Уменьшение энтропии характерно для реакций, в ходе которых, например, газообразные или жидкие вещества превращаются в твердые, а также для газовых реакций, сопровождающихся уменьшением количеств газообразных веществ.

Для данной реакции рассчитанная величина изменения энтропии DS⁰стремится к 0, что свидетельствует о сохранении неупорядоченности в данной системе. Действительно, из уравнения реакции видно, что в ходе реакции из 1 моль газообразных веществ H_2(г) образуется 1 моль газообразных веществ H₂O, следовательно, степень неупорядоченности остается неизменной.

Величина DG⁰ позволяет судить о принципиальной возможности самопроизвольного протекания химической реакции при стандартных условиях: если DG⁰ < 0, данная химическая реакция принципиально осуществима при стандартных условиях, если же DG⁰ > 0, то нет (в этом случае осуществима обратная реакция). Состояние химического равновесия в системе отвечает равенству DG⁰ = 0.

Для рассматриваемой в задаче реакции вычисленная величина DG⁰ составляет 280,12 кДж, т.е. DG⁰ > 0. Следовательно, данная химическая реакция при стандартных условиях принципиально не осуществима.

Задача N 91

Для реакции:

CdO_(тв) + H_2(г) ⇄ Cd_(тв) + H₂O_(г)

· составьте кинетическое уравнение;

· составьте выражение для константы равновесия;

· вычислите, во сколько раз изменится скорость реакции при заданных изменениях:

1. температуры,

2. общего давления (при изменении объема системы),

3. концентраций реагентов

· укажите, как необходимо изменить внешние параметры (температуру, общее давление, концентрации реагентов), чтобы сместить равновесие вправо.

Поиск по сайту: