Стандартные абсолютные энтропии некоторых веществ
| Вещест-во | Состоя-ние | S0298, Дж/(моль.K) | Вещест-во | Состоя-ние | S0298, Дж/(моль.K) |
| C | алмаз | 2,44 | H2O | г | 188,72 |
| C | графит | 5,69 | N2 | г | 191,49 |
| Fe | к | 27,20 | NH3 | г | 192,50 |
| Ti | к | 30,70 | CO | г | 197,91 |
| S | ромб. | 31,90 | C2H2 | г | 200,82 |
| TiO2 | к | 50,30 | O2 | г | 205,03 |
| FeO | к | 54,00 | H2S | г | 205,64 |
| H2O | ж | 69,94 | NO | г | 210,20 |
| Fe2O3 | к | 89,96 | CO2 | г | 213,65 |
| NH4Cl | к | 94,50 | C2H4 | г | 219,45 |
| CH3OH | ж | 126,80 | Cl2 | г | 222,95 |
| H2 | г | 130,59 | NO2 | г | 240,46 |
| Fe3O4 | к | 146,40 | PCl3 | г | 311,66 |
| CH4 | г | 186,19 | PCl5 | г | 352,71 |
| HCl | г | 186,68 |
Пример 4. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению:
Fe2O3 (к) + 3H2 (г) = 2Fe (к) + ЗН2О (г) ; ΔH = +96,61 кДж.
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии ΔS = =0,1387 кДж/ (моль . К) ? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3?
Решение. Вычисляем ΔG0298 реакции:
ΔG0298 = ΔH - TΔS = 96,61 - 298 × 0,1387 = +55,28 кДж.
Так как ΔG > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идёт обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой ΔG = 0:
ΔH = TΔS; T = ΔH / ΔS = 96,61 : 0,1387 = 696,5 K.
Следовательно, при температуре 696,5 K начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.
Пример 5. Вычислите ΔH0, ΔS0 и ΔGT реакции, протекающей по уравнению
Fe2O3 (к) + 3C = 2Fe + 3CO
Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 углеродом при температурах 500 и 1000 K?
Решение. ΔH и ΔS находим из соотношений:
ΔHх.р. = ∑ΔH (прод.) - ∑ΔH (исх.) ; ΔSх.р. = ∑S(прод.) - ∑S(исх.)
так же, как в примере 3:
ΔH0х.р. = [3(-110,52) + 2 ×0] - [-822,10 + 3×0] = 331,56 + 822,10 = = +490,54 кДж;
ΔS0х.р. =(2×27,2 + 3×197,91)-(89,96+3×5,69) = 541,1 Дж /K.
Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения: ΔGT = ΔH0 - TΔS0;
ΔG500 = 490,54 - 500×0,5411 = +219,99 кДж;
ΔG1000 = 490,54 - 1000 ×0,5411 = -50,56 кДж.
Так как ΔG500 > 0, а ΔG1000 < 0, то восстановление Fe2O3 углеродом возможно при 1000 K и невозможно при 500 K.
Контрольные вопросы.
101. Вычислите Δ Go298 для следующих реакций:
а) 2 NaF (к) + Cl2 (г) = 2 NaCl (к) + F2 (г)
б) PbO2 (к) + 2 Zn (к) = Pb (к) + 2 ZnO (к)
Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO2 цинком по реакции (б)?
Ответ: +313,94 кДж; - 417,4 кДж.
102.При какой температуре наступит равновесие системы:
4 НСl (г) + O2 (г) = 2 H2O (г) + 2 Cl2 (г);
Δ Н = -114,42 кДж?
Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при каких температурах? Ответ: 891 K.
103. Восстановление Fe3O4 оксидом углерода идет по уравнению:
Fe3O4 (к) + CO(г) = 3 FeO (к) + CO2 (г)
Вычислите Δ Go298 и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно Δ So298 в этом процессе? Ответ: +24,19 кДж; +31,34 Дж/(моль · K).
104. Реакция горения ацителена идет по уравнению:
С2Н2 (г) + 5/2 О2 (г) = 2 СO2 (г) + Н2О (ж)
Вычислите Δ Go298 и Δ So298. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: -1235,15 кДж;-216,15 Дж/(моль · K).
105. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите Δ So298 для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях. Ответ: а) 118,78 Дж/(моль · K); б) -3,25 Дж/(моль · K).
106. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция:
Н2 (г) + СО2 (г) = СО (г) + Н2О (ж); Δ Н = -2,85 кДж?
Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите Δ Go298 этой реакции. Ответ: +19,91 кДж.
107. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе :
2NO (г) + О2 (г) = 2 NO2 (г)
Ответ мотивируйте, вычислив Δ Go298 прямой реакции. Ответ: -69,70 кДж.
108. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите ΔGo298 реакции, протекающей по уравнению:
NН3 (г) + НСl (г) = NН4Сl (к)
Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно? Ответ: -92,08 кДж.
109. При какой температуре наступит равновесие системы
СО (г) + 2 Н2 (г) = СН3ОН (ж); Δ Н = -128,05 кДж?
Ответ: 385,5 K.
110.При какой температуре наступит равновесие системы
СН4 (г) + СО2 (г) = 2 СО (г) + 2 Н2 (г); Δ Н = +247,37 кДж?
Ответ: 961,9 K.
111.На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ΔGo298 реакции, протекающей по уравнению
4 NH3 (г) + 5 О2 (г) = 4 NO (г) + 6 Н2О (г)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -957,77 кДж.
112. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите Δ Go298 реакции, протекающей по уравнению
СО2 (г) + 4 Н2 (г) = СН4 (г) + 2 Н2О (ж)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: - 130,89 кДж.
113.Вычислите Δ Нo, Δ So и Δ Go(T) реакции, протекающей по уравнению
Fe2O3 (к) + 3 Н2 (г) = 2Fe (к) + 3 Н2О (г)
Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 водородом при температурах 500 и 2000K? Ответ: +96,61 кДж; 138,83 Дж/K; 27,2 кДж; -181,05 кДж.
114. Какие из карбонатов: ВеСО3 или ВаСО3 – можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО2? Вывод сделайте, вычислив Δ Go298 реакций. Ответ: +31,24 кДж; -216,02 кДж.
115. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите Δ Go298 реакции, протекающей по уравнению
СО (г) + 3 Н2 (г) = СН4 (г) + Н2О (г)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: - 142,16 кДж.
116. Вычислите Δ Нo, Δ So и Δ Go(T) реакции, протекающей по уравнению
TiO2 (к) + 2 C (к) = Ti (к) + 2 CО (г)
Возможна ли реакция восстановления TiO2 углеродом при температурах 1000 и 3000 К? Ответ: + 723,71 кДж; 364,84 Дж/K; +358,87 кДж; -370,81кДж.
Ответ: + 722,86 кДж; 364,84 Дж/K; +358,02 кДж; -371,66 кДж.
117. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите Δ Go298 реакции, протекающей по уравнению
С2Н4 (г) + 3 О2 (г) = 2СО2 (г) + 2 Н2О (ж)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -1331,07 кДж.
118. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe3O4, протекающая по уравнению
Fe3O4 (к) + СО (г) = 3 FeO (к) + СО2 (г); Δ Н = +34,55 кДж.
Ответ: 1102,4 K.
119. Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению
PCl5 (г) = PCl3 (г) + Cl2 (г); ΔН = +92,59 кДж.
Ответ: 509 K.
120. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:
2СН4 (г) = С2Н2 (г) + 3 Н2 (г)
N2 (г) + 3Н2 (г) = 2 NН3 (г)
С(графит) + О2 (г) = СО2 (г)
Почему в этих реакциях Δ So298 >0; <0; ≈ 0? Ответ: 220,21 Дж/K; -198,26 Дж/K; 2,93 Дж/K.