Расчёт теплового эффекта реакции

2.1 Расчёт теплового эффекта реакции

Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях

ΔН_r^˚ ₍₂₉₈₎ = (ΔН_f^˚ _(298)CdSO4 + ΔН_f^˚ _(298)H2O) – (ΔН_f^˚ _(298)CdO + ΔН_f^˚ _(298)H2SO4)

ΔН_r^˚ ₍₂₉₈₎ = (-934,41 – 241,81) – (-258,99 – 813,99) = -103,24 кДж.

Вывод: При реакции в стандартных условиях ,произошло выделение тепла в количестве 103,24 кДж как следствие реакция является экзотермической.

Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре

ΔH_(T) = ΔН_r^˚ ₍₂₉₈₎ + ;

Δa = ( Δa_CdSO4+ Δa_H2O)- ( Δa_CdO+ Δa_H2SO4)

Δa = (77,32+30,00) – (48,94+156,90) = -97,82 ;

Δb = (Δb _CdSO4+ Δb _H2O)- (Δb _CdO+ Δb _H2SO4)

Δb = (77,40+10,71) – (6,38+28,30) = 53,43 * 10^-3

Δc΄ =( Δc΄_CdSO4+ Δc΄_H2O)- (Δc΄_CdO+ Δc΄_H2SO4)

Δc΄ = (0 + 0.33) – (-4,90-23,46) = 28,69 * 10⁵

Δc = 0, т.к. все вещества неорганические.

ΔH₍₅₁₁₎ = -103,24 * 10³ +  =

= -103,24 * 10³ + (-97,82) * (511-298) +  * (511² – 298²) +  -103240 – 20835,66 + 4603,45 + 4050,80 = -115,42 kДж.

Вывод: Увеличение температуры привело к увеличению количества теплоты выделившегося в следствии реакции.

Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях

ΔU = ΔН – ΔnRT

Δn = Δn_кон. – Δn_нач

Δn=1-0=1

Газовая постоянная R = 8.314 Дж/моль*К

ΔU₍₂₉₈₎= ΔН_r^˚ ₍₂₉₈₎ –Δn*R*T

ΔU₍₂₉₈₎ = -103,24 * 10³ -1 * 8,314 * 298 = -103240 – 2477,57 = -105,72 кДж.

Вывод: Внутренняя энергия реакции в изохорном процессе составила 100,76 килоджоуля.

Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре

ΔU₍₅₁₁₎= ΔН_r^˚ ₍₅₁₁₎ –Δn*R*T

ΔU₍₅₁₁₎ = -115,42 * 10³ - 1 * 8,314 * 511 = -115420– 4248,45= - 119,67 кДж.

Вывод: Как и в изобарном процессе увеличение температуры приводит к увеличению внутренней энергии реакции на 18,91 кДж.

2.2 Определение направления протекания химического процесса

Определение направления протекания данной реакции в изолированной системе

Определение направления протекания реакции в стандартных условиях

ΔS^˚ ₍₂₉₈₎ = (S_{(298)Cd SO4} + S_(298)H2O) – (S_{(298)Cd O} + S_(298)H2SO4)

ΔS^˚ ₍₂₉₈₎ =(123,05+188,72)-( 54,81+156,90)= 100,06

Вывод: Так как энтропия S больше ноля 100,06>0 то процесс реакции в изолированной системе протекает самопроизвольно без внешнего воздействия. Определение направления протекания реакции при заданной температуре.

ΔS_(T) = ΔS^˚ ₍₂₉₈₎ + ;

ΔS₍₅₁₁₎ = 100,06 +  = 100,06 – 97,82 + 53,43 * 10^-3 + 28,69 * 10⁵  = 100,06 – 97,82  + 53,43 * 10^-3 * (511-298) +  *  = 121,66

Вывод: Изменение температуры привело к увеличению энтропии по сравнению с процессом при стандартных условиях . Следовательно повышение температуры ведёт к увеличению неупорядоченности и увеличению количества соударений молекул при реакции.

Определение направления протекания химического процесса в закрытой системе

Расчёт изобарно – изотермического потенциала в стандартных условиях

ΔG_r^˚ ₍₂₉₈₎ = (G_{(298)Cd SO4} + G_(298)H2O) – (G _{(298)Cd O} + G_(298)H2SO4)

ΔG_r^˚ ₍₂₉₈₎= (-823,88 – 228.61) – (-229,33 – 690.14) = -133,02 кДж/моль.

Вывод: Изобарно – изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ΔG_r^˚ < 0 ; -133,02<0 .

Произведем расчет изобарно – изотермического потенциала по другой формуле:

ΔG_r^˚ ₍₂₉₈₎ = ΔН_r^˚ ₍₂₉₈₎ - Т* ΔS^˚ ₍₂₉₈₎

ΔG_r^˚ ₍₂₉₈₎ = -103,24 * 10³ – 298 * 100,06 = -133,06 кДж/моль.

Найдем процент ошибки:

% ошибки =

Расчет можно производить любым способом, т.к. процент ошибки не существенен. Расчёт изобарно – изотермического потенциала при заданной температуре

ΔG_r^˚ ₍₅₁₁₎ = ΔН_r^˚ ₍₅₁₁₎ - Т* ΔS^˚ ₍₅₁₁₎

ΔG_r^˚ ₍₅₁₁₎ = -119,46 * 10³ – 511 * 121,66 = -181,63 кДж/моль.

Вывод: Увеличение температуры никак не повлияло на процесс реакции в закрытой системе, она по прежнему идёт самопроизвольно ΔG_r^˚ < 0; -181,63<0. Расчёт изохорно – изотермического потенциала в стандартных условиях.

ΔF₍₂₉₈₎ = ΔU₍₂₉₈₎ – T* ΔS^˚ ₍₂₉₈₎

ΔF₍₂₉₈₎ = -105,72 * 10³ – 298 * 100,06 = -135,53 кДж.

Вывод: Изохорно – изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ΔF< 0 ; -135,53<0

Расчёт изохорно – изотермического потенциала при заданной температуре

ΔF₍₅₁₁₎ = ΔU₍₅₁₁₎ – T* ΔS^˚ ₍₅₁₁₎

ΔF₍₅₁₁₎ = - 123,70 * 10³ – 511 *121,66 = -185,87кДж.

Вывод: Изменение температуры привело к уменьшению потенциала по сравнению с процессом при стандартных условиях, а это означает что глубина реакции в закрытой системе увеличилась ΔF< 0 ; -185,87>0.

Вывод

Рассмотренная реакция оксида кадмия и серной кислоты идёт самопроизвольно на это указывают все характеристики реакции, а рассмотренное увеличение температуры реакции её ничуть не замедляет. Всё это позволяет сделать вывод о том что увеличение температуры реакции позволяет увеличить её глубину и полноту. При этом реакция останется самопроизвольной.

T, K	ΔH, кДж	ΔU, кДж	ΔS,	ΔG, кДж/моль	ΔF, кДж
298	-103,24	-105,72	100,06	-133,02	-135,53
511	-115,42	-119,67	121,66	-181,63	-185,87