Завдання 2

2.2 Завдання 2

Розрахувати зміну ентальпії реакції 0,5А2 + 0,5В2 = АВ, якщо відомі наступні величини: енергія зв'язку між атомами А (Е _А-А), енергія зв'язку між атомами В (Е_В-В), відносні електронегативності атомів А і В (ЄА і ЄВ).

Рішення:

Зміну ентальпії визначаємо по рівнянню:

ΔН = 0,5[ЕА-А + ЕВ-В] – ЕА-В; [кДж/моль]

Величини Е_А-А й Е_В-В відомі з умови задачі, а величину ЕА-В необхідно знайти по рівнянню:

ЕА-В = 0,5(ЕА-А + ЕВ-В) + 100(ЄА – ЄВ)² - 6,5(ЄА – ЄВ)⁴;

2.3 Завдання 3

Обчислити стандартну зміну енергії Гіббса для реакції

CH₄ + H₂O = 3Н₂ + СО

при температурі 25⁰С, якщо відомі ентальпії утворення та абсолютні ентропії вихідних речовин і продуктів реакції (див. табл.Додаток). Чи можливо протікання цієї реакції при 25⁰С? Якщо ні, то при якій температурі стає можливим мимовільне протікання цієї реакції, якщо припустити, що значення ΔН і ΔS не залежить від температури.

Рішення:

Вихідні дані беремо з таблиці ( Додаток А):

Речовина	ΔНo298, кДж/моль	ΔSo298, Дж/(моль∙К)
СН4 (г)	-74,85	187,26
Н2О(р) Н2О(кр) Н2О(г)	-285,83 -291,85 -241,81	70,1 39,33 188,7
Н2 (г)	0,0	130,52
СО (г)	-110,5	197,54

Для обчислення зміни вільної енергії реакції ∆_rG^о скористаємося рівнянням:

Δ_rG^o = Δ_rН^o – ТΔ_rS^o;

Зміну ентальпії реакції Δ _rН^о знаходимо по рівнянню:

Δ_rН^o = ∑ν’_i∙ΔН˚ _утв(прод ) - ∑ν_i∙ΔН˚ _утв(вих. реч),

де∑ν’_i∙ΔН˚ _утв(прод ) - сума стандартних ентальпій утворення продуктів реакції з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів, кДж;

∑ν_i∙ΔН˚ _утв(вих. реч) – сума стандартних ентальпій утворення вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів, кДж;

Δ _rН^о = [-110,5+3∙0,0] - [(-74,85) + (-285,83)] = 250,18 кДж на реакцію.

Зміна ентропії реакції знаходимо по рівнянню:

Δ_rS^o =∑ν’_i∙S^o (прод) – ∑ν_i∙S ^о (вих реч.),

де ∑ν’_i∙S^o(прод) – сума стандартних ентропій продуктів реакції з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів, Дж/К;

∑ν_i∙S ^о(вих реч.) - сума стандартних ентропій вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів, Дж/К;

Δ_rS^o = [3·130,52 + 197,54] - [187,26 + 70,1] = 331,74 Дж/К на реакцію.

Тоді Δ_rG^o = 250,18 · 10³ - 298 ·331,74 = 15132 Дж на реакцію.

Оскільки при 25°С (298 К) величина Δ_rG° має позитивне значення, реакція не може протікати мимовільно при цій температурі.

Реакція може протікати мимовільно за умови, що:

Δ_rG°<0, тобто Δ_rН^o – ТΔ_rS^o <0

Останню нерівність можна перетворити до виду:

Т∙Δ_rS^o > Δ_rН^o або Т > Δ_rН^o/Δ_rS^o

У даному випадку температура, починаючи з якої, стає можливим мимовільне протікання реакції, визначається нерівністю:

Т > 250,18 · 10³ / 331,74 ; тобто Т > 754 К

Таким чином, при температурі вище 754 К стає можливим мимовільне протікання реакції :

СН₄ + Н₂О = 3Н₂ + СО.

Але, термодинаміка нічого не може сказати про швидкість протікання реакції. Наприклад, стандартна зміна енергії Гіббса для реакції 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О при температурі 25⁰С, Δ_rG<0 і складає дуже велике негативне значення ≈ -457 кДж на реакцію.

Однак, склад газової суміші при кімнатній температурі може залишатися постійним дуже довго, тому що швидкість реакції між гідрогеном і оксігеном дуже мала. Це пов’язано з дуже високою енергією активації цієї реакції. Гази Н₂ і О₂ миттєво прореагують між собою з утворенням водяної пари, якщо в цю систему внести каталізатор (дрібно дисперсійну платину).

Література

1.  Глинка Н.А. Общая химия. – Л.: Химия, 1984. – 728 с.

2.  Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1998. – 640 с.

3.  Коржуков Н.Г. Общая и неорганическая химия. М.: МИСИС, 2004. – 511с.

4.  Физическая химия. Под редакцией Никольского Д.П. – Л.: Химия, изд. 2 перераб. и доп., 1987. – 687 с.

5.  Горбунов А.И., Гуров А.А., Филиппов Г.Г., Шаповалов В.Н.. Теоретические основы общей химии. М.: МГТУ, 2003. – 719 с.

6.  Голиков Г.А. Руководство по физической химии. М.: Высшая школа, 1988. – 383 с.

7.  Рябин В.А., Остроумов М.А., Свет Т.Ф. Термодинамические свойства веществ. – М.: Химия, 1977.

8.  Краткий справочник физико-химических величин. Под редакцией А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. – Л.: Химия, 1983. – 232 с.

9.  Денисов Е.Т., Эммануэль Е.А., Кнорре Д.И. Основа химической кинетики.- М.: Академкнига, 1967.- 432с.

10.  Шиманович И.Л. Химия: методические указания, программа, решение типовых задач, программированные вопросы для самопроверки и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических (нехимических) специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 2001. – 128с.

Додатки

Таблиця для вирішення завдання 3

Речовина	ΔН°298, кДж/моль	S°298,Дж/(моль∙К)
СН4(г)	-74,85	186,27
Н2О(р)	-285,83	70,1
СО(г)	-110,5	197,54
СО2(г)	-393,51	213,68
NH3(г)	-46,2	192,6
NO(г)	90,25	210,6
N2O(г)	82,0	219,9
NO2(г)	33,5	240,2
HCl(г)	-92,31	186,79
SO2(г)	-296,9	248,1
HNO3(р)	-173,00	156,16
H2(г)	0	130,52
O2(г)	0	205,04
N2(г)	0	191,50
Cl2(г)	0	222,98
C(графіт)	0	5,74
S(ромб)	0	31,9