Стандартні абсолютні ентропії деяких речовин

Речовина	Стан	S0298, Дж/(моль× K)	Речовина	Стан	S0298, Дж/(моль× K)
C	алмаз	2, 44	H2O	г	188, 72
C	графіт	5, 69	N2	г	191, 49
Fe	к	27, 20	NH3	г	192, 50
Ti	к	30, 70	CO	г	197, 91
S	ромб.	31, 90	C2H2	г	200, 82
TiO2	к	50, 30	O2	г	205, 03
FeO	к	54, 00	H2S	г	205, 64
H2O	р	69, 94	NO	г	210, 20
Fe2O3	к	89, 96	CO2	г	213, 65
NH4Cl	к	94, 50	C2H4	г	219, 45
CH3OH	р	126, 80	Cl2	г	222, 95
H2	г	130, 59	NO2	г	240, 46
Fe3O4	к	146, 40	PCl3	г	311, 66
CH4	г	186, 19	PCl5	г	352, 71
HCl	г	186, 68

Те що Δ G⁰₂₉₈ > 0, указує на неможливість самодовільного протікання прямої реакції при Т= 298 K і рівності тисків узятих газів 1, 013× 10⁵Па.

Приклад 3. На основі стандартних теплот утворення (табл.) і абсолютних стандартних ентропії речовин (табл.) обчислить Δ G реакції, що протікає по рівнянню:

СO(г) + Н₂О(р) = СО₂(г) + Н₂(г)

Рішення.; Δ G = Δ H – TΔ S; Δ H і Δ S є функціями стану, тому:

Δ H_х.р. = ∑ Δ H (прод.) – ∑ Δ H (вих.); Δ S_х.р. = ∑ S(прод.) – ∑ S(вих.)

Δ H⁰_х.р. = (–393, 51 +0) – (–110, 52 – 285, 84) = +2, 85кДж;

Δ S⁰_х.р. = (213, 65 + 130, 59) – (197, 91 + 69, 94) = +76, 39 = 0, 07639кДж/(моль× K);

Δ G⁰_х.р. = +2, 85 – 298 × 0, 07639 = –19, 91кДж.

Приклад 4. Реакція відновлення Fe₂O₃ воднем протікає по рівнянню:

Fe₂O₃(к) + 3H₂(г) = 2Fe(к) + 3Н₂О(г); Δ H = +96, 61кДж.

Чи можлива ця реакція при стандартних умовах, якщо зміна ентропії Δ S = 0, 1387кДж/(моль× К)? При якій температурі почнеться відновлення Fe₂O₃?

Рішення. Обчислюємо Δ G⁰₂₉₈ реакції:

Δ G⁰₂₉₈ = Δ H – TΔ S = 96, 61 – 298 × 0, 1387 = +55, 28кДж.

Оскільки Δ G > 0, то реакція при стандартних умовах неможлива; навпаки, при цих умовах йде зворотна реакція окислювання заліза (корозія). Знайдемо температуру, при якій Δ G = 0:

Δ H = TΔ S; T = Δ H / Δ S = 96, 61: 0, 1387 = 696, 5K.

Отже, при температурі 696, 5K почнеться реакція відновлення Fe₂O₃. Іноді цю температуру називають температурою початку реакції.

Приклад 5. Обчислить Δ H⁰₂₉₈, Δ S⁰₂₉₈ і Δ G_T реакції, що протікає по рівнянню: Fe₂O₃(к) + 3C = 2Fe + 3CO. Чи можлива реакція відновлення Fe₂O₃ вуглецем при температурах 500 і 1000K?

Рішення. Δ H і Δ S знаходимо зі співвідношень:

Δ H_х.р. = ∑ Δ H (прод.) – ∑ Δ H (вих.); Δ S_х.р. = ∑ S(прод.) – ∑ S(вих.)

так само, як у прикладі 3:

Δ H⁰_х.р. = [3(–110, 52) + 2× 0] – [–822, 10 + 3× 0] = 331, 56 + 822, 10 = +490, 54кДж;

Δ S⁰_х.р. =(2× 27, 2 + 3× 197, 91) – (89, 96+3× 5, 69) = 541, 1Дж /K.

Енергію Гіббса при відповідних температурах знаходимо зі співвідношення:

Δ G_T = Δ H⁰ – TΔ S⁰;

Δ G₅₀₀ = 490, 54 – 500× 0, 5411 = +219, 99кДж;

Δ G₁₀₀₀ = 490, 54 – 1000 × 0, 5411 = –50, 56кДж.

Оскільки Δ G₅₀₀ > 0, а Δ G₁₀₀₀ < 0, то відновлення Fe₂O₃ вуглецем можливо при 1000K і неможливо при 500K.

Контрольні питання

101. Обчислить Δ G^o₂₉₈ для наступних реакцій:

а) 2NaF(к) + Cl₂(г) = 2NaCl(к) + F₂(г)

б) PbО₂(к) + 2Zn(к) = Pb(к) + 2ZnО(к)

Чи можна одержати фтор по реакції (а) і відновити PbO₂ цинком по реакції (б)? Відповідь: +313, 94кДж; – 417, 4кДж.

102. При якій температурі наступить рівновага системи:

4НСl(г) + O₂(г) = 2H₂O(г) + 2Cl₂(г); Δ Н = –114, 42кДж?

Хлор або кисень у цій системі є більш сильним окислювачем і при яких температурах? Відповідь: 891K.

103. Відновлення Fe₃O₄ оксидом вуглецю йде по рівнянню:

Fe₃O₄(к) + CO(г) = 3Fe(к) + CO₂(г)

Обчислить Δ G^o₂₉₈ і зробіть висновок що до можливості самодовільного протікання цієї реакції при стандартних умовах. Чому дорівнює Δ S^o₂₉₈ у цьому процесі? Відповідь: +24, 19кДж; +31, 34Дж/(моль× K).

104. Реакція горіння ацетилену йде по рівнянню:

С₂Н₂(г) + ⁵/₂О₂(г) = 2СO₂(г) + Н₂О(р)

Обчислить Δ G^o₂₉₈ і Δ S^o₂₉₈. Поясніть зменшення ентропії в результаті цієї реакції. Відповідь: –1235, 15кДж; –216, 15Дж/(моль× K).

105. Зменшується або збільшується ентропія при переходах: а) води в пару; б) графіту в алмаз? Чому? Обчислить Δ S^o₂₉₈ для кожного перетворення. Зробіть висновок про кількісну зміну ентропії при фазових і алотропічних перетвореннях. Відповідь: а) 118, 78 Дж/(моль× K); б) –3, 25Дж/(моль× K).

106. Чим можна пояснити, що при стандартних умовах неможлива екзотермічна реакція: Н₂(г) + СО₂(г) = 3СО(г) + Н₂О(р); Δ Н = –2, 85кДж?

Знаючи тепловий ефект реакції й абсолютні стандартні ентропії відповідних речовин, визначте Δ G^o₂₉₈ цієї реакції. Відповідь: +19, 91кДж.

107. Пряма або зворотна реакція буде протікати при стандартних умовах у системі: 2NO (г) + О₂ (г) ↔ 2 NO₂ (г). Відповідь мотивуйте, обчисливши Δ G^o₂₉₈ прямій реакції. Відповідь: –69, 70кДж.

108. Виходячи зі значень стандартних теплот утворення й абсолютних стандартних ентропій відповідних речовин, обчислить Δ G^o₂₉₈ реакції, що протікає по рівнянню: NН₃(г) + НСl(г) = NН₄Сl(к). чи може ця реакція при стандартних умовах йти самодовільно? Відповідь: –92, 08кДж.

109. При якій температурі наступить рівновага системи:

СО(г) + 2Н₂(г) = СН₃ОН(р); Δ Н = –128, 05кДж? Відповідь: 385, 5K.

110. При якій температурі наступить рівновага системи

СН₄(г) + СО₂(г) = 2СО(г) + 2Н₂(г); Δ Н = +247, 37кДж? Відповідь: 961, 9K.

111. На основі стандартних теплот утворення й абсолютних стандартних ентропій відповідних речовин обчислить Δ G^o₂₉₈ реакції, що протікає по рівнянню:

4NH₃(г) + 5О₂(г) = 4NO(г) + 6Н₂О(г)

Чи Можлива ця реакція при стандартних умовах? Відповідь: –957, 77кДж.

112. На основі стандартних теплот утворення й абсолютних стандартних ентропій відповідних речовин обчислить Δ G^o₂₉₈ реакції, що протікає по рівнянню:

СО₂(г) + 4Н₂(г) = СН₄(г) + 2Н₂О(р)

чи можлива ця реакція при стандартних умовах? Відповідь: – 130, 89кДж.

113. Обчислить Δ Н^o, Δ S^o і Δ G^o_T реакції, що протікає по рівнянню:

Fe₂O₃(к) + 3Н₂(г) = 2Fe(к) + 3Н₂О(г)

чи можлива реакція відновлення Fe₂O₃ воднем при температурах 500 і 2000K? Відповідь: +96, 61кДж; 138, 83 Дж/K; 27, 2кДж; –181, 05кДж.

114. Які з карбонатів: ВеСО₃ або ВаСО₃ можна одержати по реакції взаємодії відповідних оксидів із СО₂? Висновок зробіть, обчисливши Δ G^o₂₉₈ реакцій. Відповідь: +31, 24кДж; –216, 02кДж.

115. На основі стандартних теплот утворення й абсолютних стандартних ентропій відповідних речовин обчислить Δ G^o₂₉₈ реакції, що протікає по рівнянню:

СО(г) + 3Н₂(г) = СН₄(г) + Н₂О(г)

чи можлива ця реакція при стандартних умовах? Відповідь: – 142, 16кДж.

116. Обчислить Δ Н^o, Δ S^o і Δ G^o_T реакції, що протікає по рівнянню:

TiО₂(к) + 2C(к) = Ti(к) + 2CО(г)

чи можлива реакція відновлення TiО₂ вуглецем при температурах 1000 і 3000K? Відповідь: +723, 71кДж; 364, 84Дж/K; +358, 87кДж; –370, 81кДж.

117. На основі стандартних теплот утворення й абсолютних стандартних ентропій відповідних речовин обчислить Δ G^o₂₉₈ реакції, що протікає по рівнянню:

С₂Н₄(г) + 3О₂(г) = 2CO₂(г) + 2Н₂О(р)

чи можлива ця реакція при стандартних умовах? Відповідь: –1331, 07кДж.

118. Визначте, при якій температурі почнеться реакція відновлення Fe₃O₄, що протікає по рівнянню: Fe₃O₄(к) + СО(г) = 3Fe(к) + СО₂(г); Δ Н = +34, 55кДж.

Відповідь: 1102, 4K.

119. Обчислить, при якій температурі почнеться дисоціація пентахлоріду фосфору, що протікає по рівнянню: PCl₅(г) = PCl₃(г) + Cl₂(г); Δ Н = +92, 59кДж.

Відповідь: 509 K.

120. Обчислить зміну ентропії для реакцій, що протікають по рівнянням: 2СН₄(г) = С₂Н₂(г) + 3Н₂(г); N₂(г) + 3Н₂(г) = 2NН₃(г); С(графіт) + О₂(г) = СО₂(г).

Чому в цих реакціях Δ S^o₂₉₈ > 0; < 0; ≈ 0? Відповідь: 220, 21 Дж/K; –198, 26 Дж/K; 2, 93Дж/K.