Пример 3. При какой температуре наступит равновесие в системе

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?

Решение.

В состоянии равновесия энергия Гиббса равна нулю, DG = DH - TDS, если DG = 0, то DH = TDS. Из этого равенства можно рассчитать температуру, при которой наступит равновесие в системе:

Т_р = ; T_р = = 731,9 К или 458,9 °С.

Задания

101. Энтальпии образования DН⁰₂₉₈ оксида(II) и оксида(IV) азота соответственно равны +90,37 кДж и +33,85 кДж. Определите DS⁰₂₉₈ и DG⁰₂₉₈ для реакций получения NO и NO₂ из простых веществ. Можно ли получить эти оксиды при стандартных условиях? Какой из оксидов образуется при высокой температуре? Почему? Ответ: +11,94 Дж/(моль× К); –60,315 Дж/(моль К); +86,81 кДж;
+51,82 кДж.

102. При какой температуре наступит равновесие системы

4HCI (г)+О₂ (г) D 2Н₂О (г) + 2С1₂ (г); DH = –114,42 кДж?

При каких температурах хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем? Ответ: 891 К.

103. Восстановление Fe₃О₄ оксидом углерода идет по уравнению

Fe₃O₄ (к) + СО (г) D 3FеO (к) + СО₂ (г).

Вычислите DG⁰₂₉₈ и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно DS⁰₂₉₈ в этом процессе? Ответ: +24,19 кДж; +31,34 Дж×К.

104. Реакция горения ацетилена идет по уравнению

С₂Н₂ (г) + ⁵/₂О₂ (г) = 2СО₂ (г) + Н₂О (ж)

Вычислите DG⁰₂₉₈ и DS⁰₂₉₈. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: –1235,15 кДж; –216,15 Дж×К.

105. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите DS⁰₂₉₈ для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

Ответ: а) 118,78 Дж/(моль К); б) –3,25 Дж/(моль К).

106. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция

Н₂ (г) + СО₂ (г) = СО (г) + Н₂О (ж); DH = –2,85 кДж

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите DG⁰₂₉₈ этой реакции.

Ответ: +19,91 кДж.

107. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе

2NO (г) + O₂ (г) D 2NO₂ (г)

Ответ мотивируйте, вычислив DG⁰₂₉₈ прямой реакции.

Ответ:–69,70 кДж.

108. Исходя из значений стандартных энтальпий образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите DG⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению NH₃ (г) + HCl (г) = NH₄CI (к)

Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно? Ответ: –92,08 кДж.

109. При какой температуре наступит равновесие системы

CO (г) + 2Н₂ (r) D СH₃OH (ж); rН = –128,05 кДж

Ответ: »385,5 К.

110. Эндотермическая реакция взаимодействия метана с диоксидом углерода протекает по уравнению

СH₄ (г) + СO₂ (г) = 2СО (г) + 2Н₂ (г); DH = + 247,37 кДж

При какой температуре начнется эта реакция? Ответ: »961,9 К.

111. Определите DG⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

4NH₃ (г) +5O₂ (r) = 4NO (г) + 6Н₂О (г)

Вычисления сделайте на основании стандартных энтальпий образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: –957,77 кДж.

112. На основании стандартных энтальпий образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите DG⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

СО₂ (г) + 4Н ₂ (г) = СН₄ (г) + 2H₂O (ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: –130,89 кДж.

113. Вычислите изменение энтропии в реакции образования аммиака из азота и водорода. При расчете можно исходить из S⁰₂₉₈ соответствующих газов, так как DS с изменением температуры изменяется незначительно. Чем можно объяснить отрицательные значения DS?

Ответ: –198,26 кДж/(моль К).

114. Какие из карбонатов: ВеСО₃, CaCO₃ или ВаСО₃ можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с CO₂? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив DG⁰₂₉₈ реакций.

Ответ: +31,24 кДж; –130,17 кДж; –216,02 кДж.

115. На основании стандартных энтальпий образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите DG⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

СО (г) + ЗН₂ (г) = СН₄ (г) + Н₂О (г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: –142,16 кДж.

116. Образование сероводорода из простых веществ протекает по уравнению

Н₂ (г) + S (ромб.) = H₂S (г); DH = –20.15 кДж

Исходя из значений S⁰₂₉₈ соответствующих веществ, определите DS⁰₂₉₈ и DG⁰₂₉₈ для этой реакции.

Ответ: +43,15 Дж×К); –33,01 кДж.117. На основании стандартных энтальпий образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите DG⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

С₂Н₄ (г) + 3О₂ (г) = 2СО₂ (г) + 2Н₂О (ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: –1331,21 кДж.

118. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe₃O₄, протекающая по уравнению

Fe₃О₄ (к) + СО (г) = 3FeO (к) + СО₂ (г); DH = +34,55 кДж

Ответ: 1102,4 К.

119. Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению

PCI₅ (г) = PCI₃ (г) + Cl₂ (г): DH = +92,59 кДж

Ответ: 509 К.

120. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:

2СН₄ (г) = C₂H₂ + ЗН₂ (г)

N₂ (г) + ЗН₂ (г) = 2NH₃ (г)

С(графит) + О₂ (г) = СО₂ (г)

Почему в этих реакциях DS⁰₂₉₈ >0; <0; @0? Ответ: 220,21 Дж×К;
–198,26 Дж×К; 2,93 Дж×К.

Химическая кинетика и равновесие