Стандартные энтальпия образования, энтропия и энергия Гиббса образования веществ

 

Вещество	Δ Н0298, кДж/моль	DS0298, Дж/моль·К	Δ G0298, кДж/моль
СО(г) СО2(г) С(графит)	110, 5 -393, 5	197, 5 213, 7 5, 7	-137, 1 -394, 4

 

1. (Δ Н⁰₂₉₈)_х.р. = 2 – = 2 (-110, 5) + 393, 5 = 172, 5 кДж > 0 - эндотермическая реакция – неблагоприятный фактор для протекания химической реакции, особенно при низких температурах.

2. (Δ S ⁰₂₉₈)_х.р. = 2 – – = 2 · 197, 5 – 213, 7 – 5, 7 = 175, 6 Дж/К =

= 175, 6 · 10^-3 кДж/моль > 0.

Прямая реакция сопровождается увеличением энтропии, беспорядок в системе увеличивается – благоприятный фактор для протекания химической реакции в прямом направлении.

3. Рассчитываем стандартную энергию Гиббса реакции двумя способами. При выполнении задания можно считать только одним способом «а»:

а) по закону Гесса:

(Δ G ⁰₂₉₈)_х.р. = 2 – = 2 (-137, 1) + 394, 4 = 120, 2 кДж > 0;

б) по уравнению (2):

(Δ G ⁰₂₉₈)_х.р. = 172, 5 – 298 · 175, 6 · 10^-3 = 172, 5 – 52, 3 = 120, 2 кДж > 0.

Оказалось, что (Δ Н⁰₂₉₈)_х.р. > (Δ S ⁰₂₉₈)_х.р.·Т и тогда (Δ G ⁰₂₉₈)_х.р. > 0, т.е. при стандартных условиях энтальпийный фактор сыграл решающую роль. Таким образом, прямая реакция при стандартных условиях самопроизвольно протекать не может. Может протекать обратная реакция. В данных условиях в системе преобладают процессы агрегации по сравнению с процессами дегазации частиц, т.е. упорядоченность системы возрастает (из двух молей газообразного вещества получается 1 моль газа и 1 моль твердого вещества).

4. ≈ ≈ 982 К.

Обратите внимание: если Δ Н⁰ выражено в кДж, то и Δ S ⁰ должно быть в кДж/К.

≈ 982 К – ориентировочная температура, при которой устанавливается истинное химическое равновесие, выше этой температуры прямая реакция может протекать самопроизвольно.

5. По уравнению (4):

(Δ G ⁰₂₀₀₀)_х.р. ≈ Δ Н⁰₂₉₈ – 2000·Δ S ⁰₂₉₈ ≈

≈ 172, 5 – 2000·175, 6·10^-3 ≈ - 178, 7 кДж < 0.

Т.е. при 2000 К: Δ S ⁰_х.р.·Т > Δ Н⁰_х.р.

Энтропийный фактор стал решающим, самопроизвольное протекание прямой реакции стало возможно: из одного моля газа и 1 моля твердого вещества образуется 2 моля газа.

6. ;

lg К₂₉₈ = -21, 1; К₂₉₈ ≈ 10^-21 < < 1.

Система далека от состояния истинного химического равновесия, в ней преобладают исходные вещества.

 

Зависимость Δ G ⁰ от температуры для реакции

СО_2(г) + С_{(графит)} ↔ 2 СО_(г).

 

7.

lg К₂₀₀₀ = 4, 8·10⁴ > > 1 – система также далека от состояния равновесия, при этой температуре в ней преобладают продукты реакции.

8. СО_2(г) + С_{(графит)} ↔ 2 СО_(г), Δ Н⁰ > 0

По принципу Ле Шателье при повышении температуры равновесие должно смещаться в сторону прямой реакции, константа равновесия должна увеличиваться.

9. Рассмотрим, как согласуются наши расчетные данные с принципом Ле Шателье. Представим некоторые данные, показывающие зависимость энергии Гиббса и константы равновесия указанной реакции от температуры:

 

Т, К	Δ G 0т, кДж	Кт
	120, 2	10-21
	-178, 7	4, 8·104

 

, т.е. смещение равновесия в сторону прямой реакции

 

Таким образом, полученные расчетные данные соответствуют нашим выводам, сделанным на основании принципа Ле Шателье.