Розв’язування:

Зміна вільної енергії Гіббса в хімічній реакції є мірою самодовільного перебігу реакції:

∆G⁰ = ∆Н⁰ – Т∆S

Реакція відбувається самодовільно за умови ∆G<0.

Для обчислення теплового ефекту реакції (зміни ентальпії):

1. Запишемо математичний вираз наслідку із закону Гесса для реакції:

∆Н⁰ = ∆Н⁰_утв.(NН₄CI) ‑ ∆Н⁰_утв.(HCI) – ∆Н⁰_утв.(NH₃)

Після підстановки чисельних значень одержимо:

∆Н⁰ = (‑315,39) + 92,3 +46,19 = ‑176,9кДж = ‑176,9∙10³Дж = ‑176900 Дж (реакція екзотермічна, супроводжується виділенням теплоти).

Стандартна молярна зміна ентропії в хімічній реакції визначається:

∆S⁰ = ∑S⁰продукти - ∑S⁰реагенти

Одиниці вимірювання: Дж/(моль∙К).

2. Для реакції: ∆S⁰=S⁰(NН₄CI) ‑ S⁰(HCI) ‑ S⁰(NH₃)

Після підстановки чисельних значень одержимо:

∆S⁰ = 94,56 – 186,7 – 192,5 = ‑ 284,64Дж/(моль∙К).

3. Обчислимо зміну вільної енергії Гіббса:

∆G⁰ = ‑176900 + 298 ∙ 284,64 = ‑92077,28Дж/моль = ‑92,077кДж/моль

Відповідь: Значення ∆G<0 свідчить про те, що реакція відбувається за стандартних умов самовільно.

Задача №7*

За якої температури встановиться рівновага в системі СН_{4 (г}) +СO_{2 (г)} 2СО_(г) + 2Н_2(г), якщо

ΔН⁰ = + 247,37 кДж?

Дано:

ΔН⁰ = +247,37 кДж = 247,37 ∙ 10³ Дж

Обчислити: Т ‑ ?

Розв’язування:

СН_{4 (г}) + СO_{2 (г)}  2СО_(г) + 2Н_{2 (г)}

• Зміна вільної енергії Гіббса в хімічній реакції є мірою самодовільного перебігу реакції:

∆G⁰ = ∆Н⁰ – Т∆S⁰

∆Н⁰ – тепловий ефект реакції;

∆S⁰ –стандартна молярна зміна ентропії; Дж/(моль∙К).

• Стандартна молярна зміна ентропії в хімічній реакції визначається:

∆S⁰ = ∑S⁰продукти ‑ ∑S⁰реагенти

• Реакція відбувається самочинно за умови ∆G⁰<0.

• Для системи в стані рівноваги ∆G⁰ = 0.

Звідси, ∆Н⁰ = Т∆S⁰

Т =

Для реакції:

∆S⁰ = 2S⁰(СO) + 2S⁰(Н₂) –∙S⁰(СН₄) ‑ S⁰(СO₂)

Значення стандартних абсолютних ентропій речовин беремо з довідника:

S⁰(СO₂) = 213,6Дж/(моль∙К);

S⁰(СН₄) = 186,19Дж/(моль∙К);

S⁰ (H₂) = 130,6 Дж/(моль∙К);

S⁰(СO) = 197,91Дж/(моль∙К).

Після підстановки чисельних значень одержимо:

∆S⁰ = 2∙197,91 + 2 130,6 – 186,19 – 213,6 = 257,23Дж/(моль∙К).

Обчислимо температуру встановлення рівноваги в системі:

Т = = К

Відповідь: рівновага в системі встановиться при температурі 961,7К

Пам’ятайте!

Перед розв’язуванням задач рекомендовано вивчити основний теоретичний матеріал за підручником або опорною лекцією.

При розв’язуванні задач дотримуйтесь таких вимог:

• записуйте стислу умову задачі;

• записуйте формулу за якою необхідно зробити розрахунки, якщо потрібно, зробіть перевід даних у іншу систему вимірювання;

• підставте чисельні значення та зробіть розрахунок;

• дайте повну відповідь.

Якщо задача має декілька дій, то до кожної дії записуйте питання.

Задачі для розв’язування

1. При зберіганні борошна моносахариди повільно окислюються киснем повітря з виділенням теплоти. Обчислити тепловий ефект реакції якщо теплоти утворення дорівнюють: ∆Н⁰_утв.(СО₂) = ‑ 393,6кДж/моль; ∆Н⁰_утв.(Н₂О)= ‑ 285,9кДж/моль; ∆Н⁰_утв.(С₆Н₁₂О₆) = ‑1272,45кДж/моль.

2. Обчислити теплоту утворення СН₄ за реакцією згорання, якщо ∆Н⁰_утв.(СО₂)=‑393,6кДж/моль; ∆Н⁰_утв.(Н₂О)=‑285,9кДж/моль; ∆Н⁰_згор.(СН₄)=‑890,8кДж/моль.

3. Скільки теплоти виділиться при спалюванні 10л етилену (н.у.), якщо ∆Н⁰_утв.(СО₂)= ‑393,6кДж/моль; ∆Н⁰_утв.(Н₂О)= ‑ 285,9кДж/моль; ∆Н⁰_утв.(С₂Н₄)= ‑ 56,8кДж/моль?

4. Обчислити ентальпію реакції:

4NH_3(г) + 5О_2(г) → 4NО_(г) + 6Н₂О_(г),

якщо ентальпії утворення амоніаку, Нітроген (ІІ) оксиду, та води відповідно –46, +91 та –242кДж/моль.

5. Обчислити стандартну ентальпію утворення бензолу, якщо теплота його згорання становить 3169кДж/моль, а ентальпія утворення вуглекислого газу та водяної пари відповідно –393 і –242кДж/моль.

6. Використати наведені нижчі дані про теплоту реакцій для розрахунку теплоти утворення нітроген (ІІ) оксиду:

4NH_3(г) + 5О_(г) → 4NО_(г) + 6Н₂О_(р), ∆Н = ‑ 1168кДж;

4NH_3(г) + 3О_2(г) → 2N_2(г) + 6Н₂О_(р), ∆Н = ‑1532кДж.

7. Обчислити ентальпію утворення нітроген (І) оксиду згідно рівняння: 2N_2(г) + О_2(г) → 2N₂О_(г), якщо відомі термохімічні рівняння:

С_{(графіт)} + О_2(г) → СО_2(г), ∆Н₁⁰ = ‑ 393кДж/моль

С_{(графіт)} + 2N₂О_(г) → СО_2(г) + 2N_2(г), ∆Н₂⁰ = ‑ 557кДж/моль

8. Чи можлива при кімнатній температурі (298К) реакція Н_2(г) + СІ_2(г) → 2НСІ_(г), якщо ∆Н⁰= ‑185кДж/моль і ∆S⁰ = 20Дж/К∙моль?

9. Чому дорівнюють стандартні зміни ентальпії, ентропії та енергії Гіббса для реакції:

3Н_2(г) + N_2(г) → 2NН_3(г),

якщо ∆Н⁰ і ∆G⁰ амоніаку дорівнюють відповідно –46 і –17кДж/моль, а S⁰ в Дж/К∙моль 131 (водню), 192 (азоту) і 193 (амоніаку)?

10. Обчислити стандартну зміну вільної енергії реакції: СО_2(г) + С_{(графіт)} → 2СО_(г), якщо значення енергій Гіббса дорівнюють відповідно для СО та СО₂ –137 та –94кДж/моль.

11. На основі стандартних теплот утворення та абсолютних стандартних ентропій відповідних речовин, обчислити ΔG⁰₂₉₈ реакції, що проходить за рівнянням:

СО_(г) + 3Н_{2 (г)} → СН_{4 (г)} + Н₂О _(г). Чи можлива ця реакція за стандартних умов?

12. Визначити при якій температурі починається реакція відновлення Fe₃O₄, що проходить за рівнянням: Fe₃O_{4 (к)} + СО_(г) → 3FeO _(к) + СО_{2 (г)}; ΔН = + 34,55кДж?

13. *Які з карбонатів – ВеСО₃ чи ВаСО₃ – можна одержати за реакцією взаємодії відповідних оксидів з СО₂? Яка реакція проходить енергійніше? Висновок зробити, розрахувавши ΔG ₂₉₈ реакції.