Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Свободная энергия и константа равновесия




 

Для любого химического процесса общее соотношение между изменением свободной энергии при стандартных условиях DGо и изменением свободной энергии при любых других условиях определяется выражением

 

DGо T = -RT×lnK, (5.4)

 

Если стандартное состояние определено при 298 К, то уравнение (5.4) может быть записано в следующем виде:

 

. (5.5)

 

Рассчитав величину DGо298 химической реакции, можно определить константу равновесия. Из уравнения (5.4.) следует, что если величина DGо отрицательна, это означает, что К >1. И наоборот, если DGо > 0, то К <1.

Пример 4. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе:

CH4(г) + СО2 (г) ⇆ 2СО (г) + 2Н2 (г) .

 

DG0ƒ (кДж/моль) -50,8 -394,3 -137,1 0

 

Запишите закон действия масс для этой реакции.

Решение: Для ответа на вопрос следует вычислить DGо298 или прямой реакции. Последнее выражение и есть ЗДМ. Значения DG0298 соответствующих веществ приведены в таблице 4.1. Используя уравнение (4.6), рассчитываем DG0х.р.:

 

DGох..р. = 2DGо,(СО) - DGо (СН4) - DGо (СО2) = 2·(-137,1) - (-50,8 - 394,3) = +170,9 кДж.

 

В соответствии с уравнением (5.5):

 

То, что DG > 0, а Kр << 1, указывает на невозможность самопроизвольного протекания прямой реакции при T = 298К и равенстве давлений взятых газов 1,013×105 Па. Самопроизвольно при этих условиях будет протекать обратная реакция.

 

Пример 5. На основании стандартных энтальпий образования и абсолютных стандартных энтропий веществ (табл. 4.1) вычислите DG0298 реакции, протекающей по уравнению. Запишите закон действующих масс и вычислите Kp.

CO(г) + Н2О(ж) ⇆ СО2 (г) + Н2 (г) ,

 

оƒ, (кДж/моль) -110,5 -285,8 -393,5 0

S0 (Дж/моль·К) 197,5 70,1 213,6 130,6

Решение: DGо = DНо - T DSо , DН и DS находим по уравнениям (4.3) и (4.4):

 

о x.p = (-393,5 + 0) - (-110,5 - 285,8) = + 2,80 кДж.

 

DSо x.p = (213,6 + 130,6) - (197,5 + 70,1) = 0,0766 кДж/моль.

 

DGо x.p = +2,80 - 298·0,0766 = -20,0 кДж.

 

 

Концентрация Н2О (ж) принимается равной 1моль/л и не включена в ЗДМ, т.к. это конденсированное состояние.

Пример 6. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению

 

Fe2O3 (к) + 3H2 = 2Fe (к) + 3Н2О(г); DHох.р. = +96,61кДж.

 

Запишите закон действующих масс для этой реакции. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии DS0 = 0,1387 кДж/моль·К? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3? Каково значение К при этой температуре?



Решение. Вычисляем DG0 реакции:

 

DGоx.p = DHо - TDSо·10-3 (кДж)= 96,61 - 298·0,1387 = 55,28 кДж.

ЗДМ для этой реакции c учетом агрегатного состояния веществ: .

В то же время

=

= = = 2· .

 

Так как DG >0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой DG = 0. При этом DH0 = TDS0 , отсюда

 

 

Следовательно, при температуре примерно 696,5 К начнется реакция восстановления Fe2O3


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.005 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал