Стандартная энергия Гиббса образования простых веществ условно принимается равной нулю.

В справочниках обычно приводятся значения стандартных энергий Гиббса образова­ния вещества при 298 К. Зная величины 𝛥Н и 𝛥S, можно рассчитать значе­ние 𝛥G при других температурах и, соответственно, предсказать возможность или невоз­можность самопроизвольного течения реакции.

Энергия Гиббcа является функцией состояния системы. Поэтому её изменение в ходе той или иной химической реакции зависит только от природы, физического или агрегатного состояния исходных веществ и продуктов реакции, их количества и не зависит от промежу­точных стадий реакции или от того, каким путем данная реакционная система достигла ко­нечного состояния, т.е.

(1.29)

При суммировании обязательно учитывается число молей (v) всех участвующих веществ.

Пример 1. Вычислить реакции, на основании стандартных теплот образования:

 

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

 

Решение. Используя стандартные энтальпии образования СО2 и MgO равны соответственно -393,5 и -601,8 кДж/моль (напомним, что стандартные энтальпии образования простых веществ равны нулю). Отсюда для стандартной энтальпии реакции находим:

 

 

 

Пример 2. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий вещества вычислите реакции, протекающей по уравнению

 

СО (г) + Н2О (ж) = СО2 (г) + Н2 (г)

 

Решение. и S – функции состояния, поэтому

 

Пример 3. Восстановление Fe2O3 водородом протекает по уравнению

 

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии S=0,1387 кДж/(моль/град)? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3?

 

Решение. G0 реакции . Так как G>0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой G=0:

 

Следовательно, при температуре 696,5К начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

121. Вычислите энтальпию образования хлорида меди, если известно, что при образовании 8,10 г этой соли выделилось 13,39 кДж тепла. Ответ: 222,24 (кДж/моль).

122. Вычислите теплоту образования оксида железа, исходя из уравнения 8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe, DH0 = -3326 кДж.Энтальпия образования Al2O3 = 1669 кДж/моль. Ответ: -1116,7 (кДж/моль).

123. Вычислите энтальпию перехода графита в алмаз, если известно, что энтальпия образования CO2 из графита равна - 393,5 кДж/моль, а из алмаза - 395,4 кДж/моль. Ответ: 2,1 (кДж/моль).

124. Вычислите изменение энтропии в реакции горения этана: C2H4(Г) + 3O2(Г) = 2CO2(Г) + 2H2O(Г). Ответ: -29,80 кДж/(моль×К).

125. Возможна или не возможна в стандартных условиях реакция. 4HCl + O2 = 2H2O + 2Cl2. Ответ обосновать.

126. При какой температуре наступит равновесие в системе BaO(кр.) + 0,5 O2(Г) D BaO2(кр.), если DH0х.р. = -81,51 кДж, а DS0х.р. = -0,11 кДж×К? Ответ: 458,90С.

127. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (V) с парами воды образуется жидкий РОС13 и хлористый водород. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите DH. Ответ: -111,4 (кДж/моль).

128. Вычислите энтальпию образования хлорида меди, если известно, что при образовании 8,10 г этой соли выделилось 13,39 кДж тепла. Ответ: 222,24 (кДж/моль).

129. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением: C2H6(г) + 3½O2 = 2 CO2(г) + 3H2O(ж); DHх.р = -1559,87 кДж.Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО2(г) и Н2О(ж). Ответ: -84,67 (кДж/моль).

130. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением: С2Н5ОН(ж) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж); DН = ?Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная (молярная) теплота парообразования С2Н5ОН(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: С2Н5ОН(г); СО2(г); Н2О(ж). Ответ: -1366,87 (кДж/моль).

131. В каком состоянии энтропия 1 моль вещества больше: в кристаллическом или в парообразном при той же температуре? Ответ обосновать.

132. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе: СН4(г) + СО2(г) 2СО(г) + 2Н2(г). Ответ обосновать.

133. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий веществ вычислите DGо298 реакции, протекающей по уравнению:СО(г) + Н2О(ж) = СО2(г) + Н2(г). Ответ: -19,91 (кДж/моль).

134. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению: Fe2O3(к) + 3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О(г); DН = +96,61 кДж.Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии DS = 0,1387 кДж/(моль×К)? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3? Ответ: 695,5 К.

135. Вычислите DНo, DSo и DGoT реакции, протекающей по уравнению: Fe2O3(к) + 3С = 2Fe + 3СО. Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 углеродом при температурах 500 и 1000 К? Ответ: DНo=490,54 (кДж/моль), DSo= 541,1 кДж/(мольК), DGo500 = 219,99 (кДж/моль), DGo1000 = - 50,56 (кДж/моль).

136. Пользуясь справочными данными, а) рассчитать DH°298реакции: CH4(г) + CO2(г) = 2CO(г) + 2 H2(г), если прореагировало 10 л метана, б) Определить направление протекания данной реакции при Т = 798 К (принять Dср= const). Ответ: а) 101,43 (кДж/моль), б) -466,2 (кДж/моль).

137. Определите количество теплоты, выделяющейся при гашении 100 кг извести водой при 25°С, если известны стандартные теплоты образования веществ, участвующих в химической реакции: ∆Н°f CaO (к) = -635,1 кДж/моль; ∆Н°f Н2О (ж) = -285,84 кДж/моль; ∆Н°f Са(ОН)2 = -986,2 кДж/моль. Ответ: 116536 (кДж/моль)

138. Вычислите изменение энергии Гиббса в химической реакции по значениям теплот образования и энтропий реагирующих веществ и продуктов реакции. Возможна ли данная реакция? NH3 (г) + НСl (г) = NH4Cl (к). Ответ: -92.08 (кДж/моль)

139. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция Н2(Г) + СО2(Г) = СО(Г) + Н2О(Ж), Н0х.р. = -2,85 кДж. Ответ обосновать.

140. Вычислить ∆G для реакции CaCO3(K) = CaO(K) + CO2(Г) при 250С. Ответ: 129,1 (кДж/моль)

141. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: CaO, FeO, CuO? Ответ обосновать.

142. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: PbO, Fe2O3, Cr2O3? Ответ обосновать.

143. Указать знаки ∆Н и ∆S для процессов: а) испарение воды при 1000С при парциальном давлении паров воды 760 мм. Т. Ст., б) кристаллизация воды. Ответ обосновать.

144. Можно ли использовать при стандартных условиях нижеприведенную реакцию для получения аммиака: NH4Cl(K) + NaOH(K) = NaCl + H2O + NH3. Ответ обосновать.

145. Вычислить ∆G для реакции CaCO3(K) = CaO(K) + CO2(Г) при 15000С. Ответ: -122,01 (кДж/моль)

146. При сгорании 16 г магния выделилось 400,8 кДж. Определить энтальпию образования MgO(к.). Ответ: – 601,2 (кДж/моль)

147. Определите энтальпию реакции B2O3(к.) + 3 Mg(к.) = 2 B(к.) + 3 MgO(к.), DНреак = х кДж, если энтальпии образования B2O3(к.) и MgO(к.) равны соответственно –1272,8 и –601,2 кДж/моль. Ответ: – 530,8 кДж/моль

148. Определить стандартную энтальпию сгорания метана, если стандартные энтальпии образования CH4(г.), CO2(г.) и H2O(ж.) равны соответственно –74,8; –393,5 и –285,8 кДж/моль. Ответ: – 890,3 кДж/моль

149. Пользуясь данными справочника, определить, может ли при стандартной температуре самопроизвольно протекать реакция Fe2O3(к.) + H2(г.) = 2 FeO(к.) + H2O(г.)? Ответ обосновать.

150. Определите, возможно липри95oС самопроизвольноепротекание процесса Na2O(т) + H2O(ж) → 2NaOH(т). Ответ обоснуйте,рассчитав величину изменения энергии Гиббса приданной температуре. Ответ: ΔGo = –147,3 кДж.

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2