Процесс. Химическая термодинамика. Химическая термодинамика Энтальпия. Энтропия. Энергия Гиббса
 Скачать 180.5 Kb.
|
Химическая термодинамика Энтальпия. Энтропия. Энергия ГиббсаХимической термодинамикой называется раздел химии, который изучает энергетические эффекты химических реакций, возможность и направление самопроизвольного протекания процессов, а также состояние химического равновесия Экзотермические реакции протекают с выделением энергии (∆Н < 0) Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии (∆Н > 0) ЭнтальпияСтандартной энтальпией образования вещества (∆Н0f) называется энтальпия реакции образования одного моля вещества из простых веществ при стандартных условиях. Стандартные условия: температура 298 К (25 С) давление 101325 Па концентрация 1 моль/л (если реакция проводится в растворе) ∆Н0f простых веществ принимается равной нулю Закон ГессаЭнтальпия реакции зависит от природы и состояния исходных веществ и продуктов, но не зависит от пути, скорости и механизма реакции. Следствие из закона Гесса: = (fНпрод)∙n – (fНреаг)∙n Закон Лавуазье – Лапласа: Энтальпия разложения сложного вещества на простые равна, но противоположна по знаку энтальпии его образования из тех же простых веществ. ЭнтропияЭнтропия является количественной мерой беспорядка в веществе или системе Стандартной энтропией Sº называется энтропия вещества при 25С (298 К) и 101325 Па, при этом газы считаются идеальными, а растворенные вещества и ионы в растворах имеют концентрацию 1 моль/л So = n·Soпрод – n·Soреаг Энергия ГиббсаСамопроизвольные реакции характеризуются отрицательным значением энергии Гиббса G < 0 Стандартная энергия Гиббса, также, как и стандартные энтальпия и энтропия – справочные величины G = (fGпрод)∙n – (fGреаг)∙n G – термодинамический параметр, связанный с энтальпией и энтропией соотношением: G = H – T·S При взаимодействии 10 г кальция с кислородом выделилось 160 кДж тепла. Вычислите количество образовавшегося оксида кальция (моль) и стандартную энтальпию образования оксида кальция (кДж/моль)Записываем термохимическое уравнение реакции: Са + ½О2 = СаО = -160 кДж Вычислим количество моль кальция, участвовавшего в реакции: n = m/M = 10/40 = 0,25 моль По уравнению реакции из 1 моль кальция получается 1 моль оксида кальция, значит из 0,25 моль кальция получится 0,25 моль СаО Стандартная энтальпия образования – это энтальпия образования 1 моль СаО из простых веществ. При образовании 0,25 моль СаО выделилось 160 кДж тепла, значит при образовании 1 моль СаО выделится 160/0,25 = 640 кДж. Т.о. fН(СаО) = -640 кДж/моль По стандартным энтальпиям образования (кДж/моль) оксида железа Fe2O3 (–821,3) и Н2О(г) (–241,8), вычислите (кДж) энтальпию реакции полного восстановления Fe2O3 водородомЗаписываем уравнение реакции: Fe2O3 + 3Н2 = 2Fe + 3Н2О Согласно следствию закона Гесса = (fНпрод)∙n – (fНреаг) n = = 3∙(-241,8) + 2∙0 – (-821,3) - 3∙0 = 95,9 кДж Записываем термохимическое уравнение: Fe2O3 + 3Н2 = 2Fe + 3Н2О = 95,9 кДж Для данных реакций 1) Ca(OH)2(к)= CaO(к) + H2O(г) 2) CaO(к) + CO2(г) = CaCO3(к) 3) СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(ж) 4) MgCO3(к) = MgO(к) + CO2(г) не проводя расчётов, укажите экзотермические реакции и реакции, протекающие с уменьшением энтропии Как правило, реакции соединения – экзотермические, реакции разложения – эндотермические Реакции протекают с уменьшением энтропии, если число моль газов в левой части уравнения больше числа моль газов в правой его части Т.о. из приведенных реакций экзотермическими являются реакции 2 и 3, с уменьшением энтропии протекают реакции 2 и 3. Для реакции 2NH3(г) = N2(г) + 3H2(г) укажите направление протекания в изолированной системеВ изолированной системе реакция протекает самопроизвольно в сторону увеличения энтропии В правой части уравнения 2 моль газов, в левой части – 4 моль. Значит, данная реакция протекает с увеличением энтропии. Т.о. в изолированной системе реакция протекает вправо По уравнению реакции и термодинамическим константам веществ 2NO(г) + О2(г) = 2NO2(г) ∆fН, кДж/моль 91,3 0 34,2 S, Дж/(моль∙К) 210,6 205,0 240,0 определите для температуры 300 К энергию Гиббса (кДж) и направление протекания реакции Энергия Гиббса реакции определяется по уравнению G = H – T·S Найдем энтальпию реакции = (fНпрод)∙n – (fНреаг)∙n = 2∙34,2 - 2∙91,3 = - 114,2 кДж Найдем энтропию реакцииНайдем энтропию реакции So = n·Soпрод – n·Soреаг = 2·240 - 2·210,6 – 205 = - 146,2 Дж Подставляем полученные результаты в уравнение Гиббса, учитывая, что S измеряется в Дж, а и G – в кДж: G = -114,2 - 300∙(-0,1462) = -70,3 кДж Т.о., энергия Гиббса данной реакции отрицательна (G < 0), значит, реакция протекает в прямом направлении Не проводя расчетов, укажите возможность самопроизволь-ного протекания реакций 1) 2N2(г) + O2(г) = 2N2O(г); ∆Н > 0 2) 2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г); ∆Н < 0 3) Fe2O3(к) + 3C(графит) = 2Fe(к) + 3CO(г); ∆Н > 0 4) С(графит) + O2(г) = СО2(г); Н < 0; So > 0 Из уравнения GoT = Ho – T·So следует, что если Ho < 0 и So > 0, то в этом случае всегда GoT < 0, т.е. экзотермическая реакция, протекающая с увеличение энтропии, возможна при любой температуре. Из приведенных реакций такая реакция под номером 4. При Ho > 0 и So < 0 энергия Гиббса при любых температурах положительна (GoT > 0), следовательно, эндотермическая реакция, протекающая с уменьшением энтропии, невозможна ни при каких температурах (реакция 1). В случае, если Ho < 0 и So < 0 энергия Гиббса отрицательна только при низких температурах (реакция 2), если Ho > 0 и So > 0, энергия Гиббса отрицательна только при высоких температурах (реакция 3). Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание Готова ответить на ваши вопросы |