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 ΔG_T 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:

ΔH_х.р. = ∑ΔH (прод.) - ∑ΔH (исх.) ; ΔS_х.р. = ∑S(прод.) - ∑S(исх.)

так же, как в примере 3:

ΔH⁰_х.р. = [3(-110,52) + 2 ×0] - [-822,10 + 3×0] = 331,56 + 822,10 = = +490,54 кДж;

ΔS⁰_х.р. =(2×27,2 + 3×197,91)-(89,96+3×5,69) = 541,1 Дж /K.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения: ΔG_T = 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 G^o₂₉₈ 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 G^o₂₉₈ и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно Δ S^o₂₉₈ 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 G^o₂₉₈ и Δ S^o₂₉₈. 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 S^o₂₉₈ 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 G^o₂₉₈ 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 G^o₂₉₈ прямой реакции. Ответ: -69,70 кДж.

108. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите ΔG^o₂₉₈ 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 ΔG^o₂₉₈ 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 G^o₂₉₈ 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 Н^o, Δ S^o и Δ G^o(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 G^o₂₉₈ реакций. Ответ: +31,24 кДж; -216,02 кДж.

115. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите Δ G^o₂₉₈ 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 Н^o, Δ S^o и Δ G^o(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 G^o₂₉₈ 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 S^o₂₉₈ >0; <0; ≈ 0? Ответ: 220,21 Дж/K; -198,26 Дж/K; 2,93 Дж/K.