Тема 7. Енергетика хімічних процесів Питання для самоперевірки

1. Що таке тепловий ефект реакції? У яких одиницях його вимірюють?

2. Які реакції називаються екзотермічними, а які ендотермічними? Яке значення має ΔНдля цих процесів?

3. Як формулюється закон Геса та які наслідки з нього випливають?

4. Що таке стандартна теплота утворення хімічної сполуки?

5. Що називається внутрішньою енергією системи?

6. Що таке ентропія? Як вона залежить від агрегатного стану речовини та температури?

7. Що таке енергія Гібса? Як пов’язана зміна енергії Гібса з термодинамічною можливістю перебігу процесу?

8. Якими рівняннями пов’язані між собою величини ΔG, ΔН іΔS?

Приклади розв’язання задач

Приклад 1.

Обчислити хімічної реакції CS₂(р) + 3О₂(г) = CO₂(г) + 2SО₂(г), при стандартних умовах і зробити висновок про тепловий ефект реакції.

Розв’язання.

За наслідком із закону Геса тепловий ефект реакції (Н⁰_х.р.) дорівнює сумі теплот утворення продуктів реакції, зменшеній на суму теплот утворення вихідних речовин з урахуванням коефіцієнтів перед формулами цих речовин у рівнянні реакції:

Н⁰_х.р.=Н⁰_прод.–Н⁰_{вих.реч.}

З таблиці 2 (додаток) , де міститься термодинамічні константи речовин, знаходимо: Н⁰(CS₂) = 115,30 кДж/моль,Н⁰(CO₂) = – 393,5 кДж/моль,Н⁰(SО₂) = – 296,9 кДж/моль.

У даному випадку:

Н⁰_х.р.= (Н⁰₂₉₈(CO₂) + 2Н⁰₂₉₈(SО₂)) – (Н⁰₂₉₈(CS₂) + 3Н⁰₂₉₈(O₂)); оскількиН⁰₂₉₈простих речовин дорівнюють 0, то

Н⁰_х.р.= (Н⁰₂₉₈(CO₂) + 2Н⁰₂₉₈(SО₂)) –Н⁰₂₉₈(CS₂)= –393,5 кДж/моль+2(–296,9 кДж/моль) -115,30 кДж/моль = 85 кДж/моль

Якщо Н⁰_х.р.0, то реакція ендотермічна і супроводжується поглинанням тепла, якщоН⁰_х.р.0, то реакція є екзотермічною та супроводжується виділенням теплоти.

У нашому випадку реакція є ендотермічною.

Приклад 2.Обчисліть зміну енергії Гібса у хімічній реакції

4NH₃(г) + 5O₂(г) = 6H₂O(г) + 4NО(г)

і зробіть висновки про можливість мимовільного перебігу даної реакції за стандартних умов.

Розв’язання.Енергія Гібса (G) – термодинамічна функція стану системи, тому зміну енергії Гібса (G_х.р.) можна розрахувати за наслідком із закону Геса за стандартних умов

G⁰_х.р. = G⁰_прод. – G⁰_{вих.реч.},

де G⁰_прод. – зміни енергій Гібса продуктів реакції, G⁰_{вих.реч.} – зміни енергій Гібса вихідних речовин.

Стандартні зміни енергій Гібса простих речовин прийнято вважати рівними нулю. Для даної системи:

G⁰_298,х.р. = (6G⁰₂₉₈(Н₂О) + 4G⁰₂₉₈(NО)) – (4G⁰₂₉₈(NH₃) + 5G⁰₂₉₈(О₂));

оскільки G⁰₂₉₈(О₂) = 0, то

G⁰_298,х.р.= (6G⁰₂₉₈(Н₂О) + 4G⁰₂₉₈(NО)) – 4G⁰₂₉₈(NH₃).

Взявши в таблиці 2 потрібні дані G⁰₂₉₈, знаходимо:

G⁰_298,х.р.= 6(–228,8) + 4(86,89) – 4(–16,64) = –959,48 кДж.

Величина G_х.р.є мірою хімічної спорідненості реагуючих речовин. Мимовільно перебігають хімічні процеси, для яких зміна енергії Гібса менше нуля. ЯкщоG_х.р.> 0, процес за даних умов термодинамічно неможливий, а якщоG_х.р= 0, то система знаходиться у термодинамічній рівновазі. У даному випадкуG⁰_298,х.р.< 0, отже, цей процес термодинамічно можливий за стандартних умов.

Завдання для самостійної роботи

Завдання 1.

Обчислити хімічної реакції при стандартних умовах і зробити висновок про тепловий ефект реакції

№ варіанту	Завдання
1	H2O(p) + SO3(г) H2SO4(p)
2	CaCl2(p) + Na2CO3(p)CaCO3(m) + NaCl(p)
3	Na2SO4(p) + H2O(p) H2SO4(p) + NaOH(p)
4	Fe(OH)3(m) + HCl(p) FeCl3(p) + H2O(p)
5	SnCl2(p) + 2FeCl3(p) 2FeCl2(p) + SnCl4(p)
6	8HI(г) + H2SO4(p) 4I2(m) + H2S(г) + 4H2O(p)
7	NO2(г) + H2SO3(p) H2SO4(p) + NO(г)
8	Ca(OH)2(k) + CO2(г) CaCO3(k) + H2O(p)
9	SO2(г) + H2O(p) + NO2(г) H2SO4(p) + NO(г)
10	Fe(k) + H2SO4(p) FeSO4(p) + H2(г)
11	CaCO3(k) CaO(k) + CO2(г)
12	Fe(k) + 4HNO3(p) = Fe(NO3)3(p) + NO(г) + 2H2O(p)
13	CaCO3(k) + 2HCl(p) CaCl2(p) + H2O(p) + CO2(г)
14	I2(m) + H2SO3(p) + H2O H2SO4(p) + 2HI(г)
15	Zn(m) + HCl(p) ZnCl2(p) + H2(г)
16	C2H5OH(г) C2H2(г) + H2O (n)
17	H2S(г) + CO2(г) H2O(n) + CS2(г)
18	CH4(г) + H2S(г) CS2(г) + H2(г)
19	NO2(г) + H2O(p) HNO3(p) + HNO2(p)