Часть 2. Задачи № 15, 32, 43, 84, 101, 137, 153, 172 Задание № 15

Рассчитайте тепловой эффект реакции

4 NH_3(г) + 3 O_2(г) = 2N_2(г) + 6H₂О_(ж),

протекающей при стандартном давлении ( Р = 101 кПа ) и Т = 323 К. Теплоемкость веществ в интервале 298 – 323 К остается постоянной – С_р ≠ f (T).

Решение

Поскольку теплоемкость остается постоянной, то тепловой эффект реакции рассчитываем по уравнению Кирхгофа:

ΔН⁰₃₂₃ = ΔН⁰₂₉₈ + ΔС⁰_{р 298} ( 323 - 298)

По закону Гесса:

ΔН⁰₂₉₈ = 6 ΔН⁰ (Н₂О_(ж)) - 4 ΔН⁰ (NH_3(г)) = 6*(- 285,83) - 4*(- 45,94) = - 1531,22 кДж

ΔС⁰_{р 298} = 2 С₀ (N_2(г)) + 6 С₀ (Н₂О_(ж)) - 4 С₀ (NH_3(г)) - 3 С₀ (О_2(г)) =

2*29,12 + 6*75,3 - 4*35,1 - 3*29,37 = 281,53 Дж/К

ΔН⁰₃₂₃ = -1531,22 + 281,53*10^-3 (323 -298) = - 1524,18 кДж

Ответ: ΔН⁰₃₂₃ = - 1524,18 кДж.

Задание № 32

Реакция восстановления Fe₂O₃ алюминием протекает по уравнению

Fe₂O_{3 (к)} + 2 Al_(к) = Al₂O_3(к) + 2 Fe_(к)

Вычислите стандартное изменение энтропии, если на восстановление оксида железа (III) потребовалось 250 г Al.

Решение

Рассчитаем ΔS⁰₂₉₈ реакции по уравнению:

ΔS⁰₂₉₈ = S⁰(Al₂O_3(к)) + 2 S⁰(Fe_(к)) - S⁰(Fe₂O_3(к)) – 2 S⁰ (Al_(к)) =

50,92 + 2*27,15 - 87,45 - 2*28,33 = - 38,89 Дж/К

Согласно уравнению в реакцию вступает 2 моль Al, или 54 г. Т.к. на восстановления оксида железа (III) потребовалось 250 г Al, то численное значение стандартного изменения энтропии будет:

ΔS⁰₂₉₈ * 250

ΔS₂₉₈ = ————— = - 180,05 Дж/К

54

Ответ: ΔS₂₉₈ = - 180,05 Дж/К.

Задание №43

Определите термодинамическую возможность протекания реакции

MgO_(к) + H_2(г) = Mg_(к) + H₂O_(г)

При стандартном давлении и температуре 998 К, С_р ≠ f (T).

Решение

Протекание реакции возможно при ΔG < 0.

Запишем уравнение свободной энергии Гиббса:

ΔG⁰ = ΔH⁰ - T ΔS⁰

ΔG⁰₉₉₈ = ΔH⁰₉₉₈ - 998 ΔS⁰₉₉₈

Тепловой эффект реакции рассчитываем по уравнению Кирхгофа:

ΔH⁰_T = ΔH⁰₂₉₈ + ΔC⁰ _{р 298} (T - 298)

ΔH⁰₉₉₈ = ΔH⁰₂₉₈ + ΔC⁰ _{р 298} (998 - 298)

Из закона Гесса:

ΔH⁰₂₉₈ = ΔH⁰(Н₂О_(г)) - ΔH⁰(MgO_(к)) = - 241,81 – (- 601,49) = 359,68 кДж

ΔC⁰ _{р 298} = С⁰ _р (Mg_(к)) + С⁰_р(Н₂О_(г)) - С⁰_р(MgO_(к)) - С⁰_р(Н_2(г)) =

24,89 + 33,61 – 37,20 – 28,83 = - 7,53 Дж/К

Вычислим изменение энтропии в химических реакциях по формуле:

T

ΔS⁰_T = ΔS⁰₂₉₈ + ΔC⁰ _{р 298} ln ——

298

998

ΔS⁰₉₉₈ = ΔS⁰₂₉₈ + ΔC⁰ _{р 298} ln ——

298

Изменение энтольпии в химических реакциях при стандартных условиях можно рассчитать аналогично изменению энтальпии:

ΔS⁰ ₂₉₈ = S⁰ (Mg_(к)) + S⁰(Н₂О_(г)) - S⁰(MgO_(к)) - S⁰(Н_2(г)) =

32,68 + 188,72 – 27,07 – 130,52 = 63,81 Дж/К

Δ H⁰₉₉₈ = 359,68 – 7,53*10^-3*700 = 354,409 кДж

Δ S⁰₉₉₈ = 63,81 -7,53 ln 3,34 = 54,70 Дж/К

Определим термодинамическую возможность протекания реакции:

ΔG⁰₉₉₈ = ΔH⁰₉₉₈ - 998 ΔS⁰₉₉₈

ΔG⁰₉₉₈ = 354,409 – 998*54,70*10^-3 = 299,82

ΔG⁰₉₉₈ > 0, следовательно, протекание реакции невозможно.

Ответ: протекание термодинамической реакции невозможна.