- •Самостоятельная работа №2. Химическая термодинамика
- •Определите количество теплоты, которое выделяется (поглощается) при взаимодействии вещества so2 объемом 100м3.
- •Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.
- •Задание 2.
- •Задание 3.
- •3.2. Используя значения Кр при разных температурах, определите термодинамические характеристики реакции (∆rH0т, ∆rS0т ∆rG0т). Какие допущения Вы сделали? Значения температуры выберите сами.
- •3.3. Рассчитайте значения Кр и Кс при температурах т1 и т2 и проанализируйте полученные значения.
- •3.4. Объясните влияние температуры и общего давления на равновесие Вашей реакции и величину константы равновесия.
Самостоятельная работа №2. Химическая термодинамика
Для выполнения самостоятельной работы по этой теме следует предварительно изучить соответствующие главы [1] (главы 5 и 6), теоретический лекционный материал и примеры решения задач и упражнений в [3], [6], [9].
Самостоятельная работа №1 содержит три задания. Основными справочными материалами к данной теме являются справочники по физико-химическим свойствам веществ [5]. Необходимые справочные материалы по большинству веществ содержатся в соответствующих таблицах в приложениях в конце учебника [1], [2], [4].
Задание 1.
Основные знания и умения: общие понятия об энтальпии, энтропии, энергии Гиббса, умение рассчитывать тепловой эффект химической реакции и энтропию с использованием следствия из закона Гесса, проводить расчеты энергии Гиббса по табличным данным и формулам, определять возможность самопроизвольного протекания процесса на основании значений Энергии Гиббса, проводить расчеты указанных величин как при стандартном состоянии веществ, так и при любых отличных от стандартных.
Вычислите тепловой эффект реакции SO2г + Cl2г SO2Cl2г при Т=298 К, стандартных состояниях веществ и при: а) p=const, б) при V=const.
Решение:
Согласно принятой термодинамической системе знаков, тепловой эффект реакции отождествляется с изменением энтальпии или внутренней энергии системы. Теплота, поглощенная системой, считается положительной и соответствует положительному тепловому эффекту и положительному изменению энтальпии, а теплота, отданная системой в окружающую среду, - отрицательной и соответствует тепловому эффекту и энтальпии со знаком «минус». Тепловые эффекты химических реакций подчиняются законам Гесса, а следствием этого закона является то, что тепловой эффект процесса можно рассчитать как разность суммарной энтальпии продуктов реакции и суммарной энтальпии исходных веществ:
ΔrН0 = ∑νiΔf Н 0 продуктов – ∑νj Δf Н 0исх. в-в
Стандартные энтальпии образования табулированы при 298,15К (Δf Н 0i 298, кДж/моль). Следует помнить, что стандартное состояние вещества отвечает нахождению газообразных веществ в виде идеальных газов с относительным парциальным давлением, равным 1, растворов – в виде идеальных растворов с концентрацией 1 моль/л.
Стандартную энтальпию образования вещества определяем по таблице «Термодинамические характеристики некоторых веществ (при 298)», имеющейся в приложениях учебника, задачника, сборника лабораторных работ или справочниках по физико-химическим свойствам веществ.
Для термодинамических расчетов в данной работе следует выписать из таблицы все необходимые термодинамические характеристики веществ Вашей реакции:
Таблица 1. Термодинамические характеристики веществ.
Вещество |
Δf Н 0 298, кДж/моль |
S 0 298, Дж/(моль∙K) |
Δf G 0 298, кДж/моль |
C 0 298, Дж/(моль∙K) |
Область Т,К |
SO2г |
-296,9 |
248,07 |
-300,21 |
39,87 |
298÷2000 |
Cl2г |
0 |
222,96 |
0 |
33,93 |
298÷3000 |
SO2Cl2г |
-363,17 |
311,29 |
-318,85 |
77,4 |
298÷1000 |
а) при p=const.
Qp = ∆rH0298 = fH0298(SO2Cl2г) - fH0298 (SO2г) - fH0298 (Cl2г) = -363,17 - (-296,9) = = -66,27 кДж
∆rH0298= -66,27 кДж ∆rH0298˂ 0 – реакция экзотермическая
б) при V=const.
Qv = Qp- ∆RT, где ∆ - разница между числом молей газообразных продуктов и числом молей газообразных исходных веществ (разность стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции): ∆ = 2-1 = 1моль
Qv = -66,27 - 1∙8,31∙298 = -2542,65 кДж