Определение возможности протекания процесса по величине изменения энергии Гиббса

Пример 1. Возможна ли следующая реакция в стандартных условиях:

t

SiО_{2 (к)} + 2NaОH _(p) = Na₂SiО_{3 (к)} + Н₂О _(ж)

если Δ G ^о(SiО_{2 (к)}) = –803,75 кДж/моль; Δ G ^о (Na₂SiО_{3 (к)})= –1427,8 кДж/моль;

Δ G ^о (NaОH_(p)) = –419,5 кДж/моль; Δ G ^о (Н₂О _(ж)) = –237,5 кДж/моль?

Можно ли выпаривать щелочь в стеклянном сосуде?

Решение: Изменение энергии Гиббса Δ G ^о₂₉₈ реакции равно:

Δ G ^о = Σ G ^о_прод. – Σ G ^о_исх.;

Δ G ^о₂₉₈ = (–1427,8 – 237,5) – (–803,75 –419,5·2)= –22,55 кДж;

Δ G ^о₂₉₈ = –22,55 кДж (т. е. Δ G <0), а следовательно, данная реакция возможна. Щелочь нельзя выпаривать в стеклянном сосуде, так как в состав стекла входит SiО₂.

Пример 2. Вычислить Δ G ^о для реакции 2Н_{2 (г)}+О_{2 (г)} 2Н₂О_(г)

при 298, 500, 1000, 1500 К. Зависимостью Δ Н ^о и Δ S ^o от температуры пренебречь. Построить график зависимости Δ G ^о от температуры и найти по графику температуру, ниже которой указанная реакция в стандартных условиях может протекать самопроизвольно.

Решение: Согласно уравнению Δ G = Δ Н – T Δ S влияние температуры на Δ G определяется знаком и величиной Δ S. Если пренебречь влиянием Т на значения Δ Н и Δ S, то приведённая зависимость Δ G = ƒ(T) является уравнением прямой, наклон которой определяется знаком Δ S. При Δ S >0 прямая идет вниз, при Δ S <0 – вверх.

Определим величину ΔН°₂₉₈ (исходные данные берем из табл.1):

∆ H º_p = Σ∆ H º_{обр.(прод.)} – Σ∆ H º_{обр.(исх..)}

ΔН°₂₉₈ = 2ΔН°_обр.(H₂O) – (2ΔН°_обр.(H₂) + 2ΔН°_обр.(O₂) = 2ΔН°_обр.(H₂O) =

=2(-241,84) = –483,68 (кДж) (на 2 моль H₂O)

ΔН°_обр.(Н₂О) = 0,5(–483,8) = –241,89 кДж/моль<0

Следовательно, реакция экзотермическая.

Определим изменение энтропии данной реакции в стандартных условиях ΔS°₂₉₈ (исходные данные берем из табл.1):

Δ S ^о = Σ S ^о_прод. – Σ S ^о_исх.:

ΔS°₂₉₈= 2S°_298.(H₂O) – [2S°_298.(H₂) + S° _298.(O₂)]= 2·188,74 – (2·130.6 + 205) =

–98,6(Дж/ К) = –0,0986(кДж/ К) < 0, Δ G = ƒ(T) прямая идет вверх.

Определим изменение энергии Гиббса ΔG°₂₉₈ в стандартных условиях (исходные данные берем из табл.1): Δ G ^о = Σ G ^о_прод. – Σ G ^о_исх.;

ΔG°₂₉₈ = 2ΔG°_298.(H₂O) – [2ΔG°₂₉₈(H₂) – ΔG°₂₉₈(O₂)] = 2(–228,8) = –457,6 кДж.

Отрицательная величина ΔG°₂₉₈ свидетельствует о том, что в стандартных условиях реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.

ΔG°₂₉₈ = ΔН°₂₉₈ – 298·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 298·(–0,0986) = –457,6кДж

ΔG°₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 500·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 500·(–0,0986) = –434,38кДж

ΔG°₁₀₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 1000·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – 1000·(–0,0986) = –385,08кДж

ΔG°₁₅₀₀ = ΔН°₂₉₈ – 1500·ΔS⁰₂₉₈ = –483,68 – I500·(–0,0986) = –335,78 кДж

Построим график ΔG°_Т =f(Т):

ΔG°_Т

Температура перехода ~4500 К.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ И ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

2.1. Внимательно изучить теоретический материал, используя конспекты лекций, данное учебное пособие и рекомендуемую литературу.

2.2. Проверить усвоение теории, ответив на контрольные вопросы, выполнив тестовые задания.

2.3. Разобрать примеры решения типовых задач.

Поиск по сайту: