ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, Термодинамический метод рассмотрения химических процессов - Основы химии

Термодинамический метод рассмотрения химических процессов

Термодинамический подход заключается в рассмотрении начального и конечного состояний взаимодействующих веществ, при этом не учитываются механизм и скорость процесса.

Для описания систем используют набор термодинамических функций, основными из которых являются Н - энтальпия, S - энтропия, G - энергия Гиббса. В справочных таблицах приводят стандартные: энтальпии образования веществ, кДж/моль, энтропии веществ, Дж/(мольК) (табл. П.1), энергии Гиббса образования веществ, кДж/моль. Стандартные условия:

Т = 298 К; Р = 1,013105 Па; вещества - химически чистые.

Энтальпийный эффект химической реакции определяют по закону Гесса и следствию из него. Следствие из закона Гесса: Изменение энтальпии химической реакции равно разности сумм энтальпий образования продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических Коэффициентов:

= (N) - (M),

Где N, M - стехиометрические коэффициенты.

Аналогичным образом можно рассчитывать изменение и других функций - энтропии (), энергии Гиббса ().

В системах, находящихся при постоянных температуре и давлении, самопроизвольно могут протекать только те процессы, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса (G < 0). Если G > 0 , реакция протекает в обратном направлении, а при G = 0 система находится в состоянии химического равновесия.

Пример. Вычислить стандартные изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса в реакции CO2(г) + С (графит) = 2CO(г). Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие реакции, и сделать вывод о возможности протекания реакции в прямом направлении.

Решение.

- Рассчитать стандартное изменение энтальпии реакции:

= (N ) - (M )= 2- ( + )=

= 2(-110,5) - (-393,5 + 0) = 172,5 кДж.

>0 - Эндотермическая реакция.

- Рассчитать стандартное изменение энтропии реакции:

= (N ) - (M )= - (+) =

=2-197,5 - (213,7 + 5,7) = 175,6 Дж/К = 175,610-3 КДж/К.

- Рассчитать стандартное изменение энергии Гиббса реакции:

= - = 172,5 -298175,610-3 = 120,2 кДж.

> 0, При Т = 298 К прямая реакция невозможна.

- Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие.

Если пренебречь зависимостями и S от температуры и считать их постоянными, можно рассчитать энергию Гиббса при нестандартной температуре Т: G = Н - ТS - = - = 0 Т = =

- Построить график зависимости от Т.

Из графика видно, что в интервале температур 0 - 982 К G > 0, следовательно, прямая реакция невозможна; выше 982 К G < 0, т. е. самопроизвольно протекает прямая реакция.

Задания к подразделу 2.1

Вычислить стандартные изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса в соответствующей реакции (,в табл. П.1). Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие реакции, и сделать вывод о возможности протекания реакции в прямом направлении (из расчетных либо графических данных).

Номер задания

Уравнение реакции

21

2Mg(к) + CO2 (г) = 2MgO(к) + C (графит)

22

3CH4(г) + CO2(г) + 2H2O(ж) = 4CO(г) + 8H2(г)

23

4HCl (г) + O2 (г) = 2H2O (г) + 2Cl2 (г)

24

2Н2 S (г) + SO2(г) = 3S (ромб) + 2H2O(ж)

25

2Сu2О(т) + Сu2S (т) = 6Сu (к) + SO2(г)

26

2H2O (г) + 2Cl2 (г) = 4HCl (г) + O2 (г)

27

3Fe2O3(т) + Н2(г) = Н2O(г) + 2Fe3O4(т)

28

CaO (т) + CO2 (г) = CaCO3 (т)

29

С (гр.) + СO2( г) = 2СО(г)

30

2ZnS(т) + 3О2(г) = 2ZnO(т) + 2SO2(г)

31

СаСО3(т) = СаО(т) + СО2(г)

32

ВaO(т) + CO2 (г) = ВaCO3 (т)

33

2NO (г) + O2 (г) = 2NO2 (г)

34

N2O4 (г) = 2NO2 (г)

35

Al2O3 (т) + 3SO3 (г) = Al2(SO4) 3 (т)

36

CaO (т) + Н2O (ж) = Ca(ОН)2 (т)

37

FeO(т)+ H2(г ) = Fe(т) +Н2О(г)

38

CuO(т) + C(т) = Cu(к) + CO(г)

39

CaO (т) +Fе2O3(т) = Ca(FеO2)2(т)

40

CaO (т) + SO3 (г) = CaSO4 (т)

Похожие статьи




ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, Термодинамический метод рассмотрения химических процессов - Основы химии

Предыдущая | Следующая