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 Fe₂O_3. 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: C₂H_4(Г) + 3O_2(Г) = 2CO_2(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 O_2(Г) D BaO_2(кр.), если DH⁰_х.р. = -81,51 кДж, а DS⁰_х.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: C₂H_6(г) + 3½O₂ = 2 CO_2(г) + 3H₂O_(ж); DH_х.р = -1559,87 кДж.Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО_2(г) и Н₂О_(ж). Ответ: -84,67 (кДж/моль).

130. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением: С₂Н₅ОН_(ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(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); СО_2(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 DG^о₂₉₈ 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 DН^o, DS^o и DG^o_T реакции, протекающей по уравнению: Fe₂O₃(к) + 3С = 2Fe + 3СО. Возможна ли реакция восстановления Fe₂O₃ углеродом при температурах 500 и 1000 К? Ответ: DН^o=490,54 (кДж/моль), DS^o= 541,1 кДж/(мольК), DG^o₅₀₀ = 219,99 (кДж/моль), DG^o₁₀₀₀ = - 50,56 (кДж/моль).

136. Пользуясь справочными данными, а) рассчитать DH°298реакции: CH_4(г) + CO_2(г) = 2CO_(г) + 2 H_2(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 Н_2(Г) + СО_2(Г) = СО_(Г) + Н₂О_(Ж), Н⁰_х.р. = -2,85 кДж. Ответ обосновать.

140. Вычислить ∆G для реакции CaCO_3(K) = CaO_(K) + CO_2(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 CaCO_3(K) = CaO_(K) + CO_2(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.), DН_реак = 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 липри95^oС самопроизвольноепротекание процесса Na₂O(т) + H₂O(ж) → 2NaOH(т). Ответ обоснуйте,рассчитав величину изменения энергии Гиббса приданной температуре. Ответ: ΔG^o = –147,3 кДж.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2