Стандартные абсолютные энтропии Sо298 некоторых веществ

Пример 3. На основании стандартных теплот образования (табл. 5) и абсолютных стандартных энтропий веществ (табл. 7) вычислите D G ^о₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

СО(г) + Н₂О(ж) = СО₂(г) + Н₂(г)

Решение. D G ^o = D H ^o – T D S ^o; D H и D S – функции состояния, поэтому:

Пример 4. Реакция восстановления Fe₂O₃ водородом протекает по уравнению:

Fe₂O₃(к) + 3Н₂(г) = 2Fe(к) + 3Н₂О(г); D Н = +96, 61 кДж.

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии D S = 0, 1387 кДж/(моль × К)? При какой температуре начнется восстановление Fe₂O₃?

Решение. Вычисляем D G ^o реакции:

D G = D H – T D S = 96, 61 – 298 × 0, 1387 = +55, 28 кДж.

Так как D G > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой D G = 0:

Следовательно, при температуре» 696, 5 К начнется реакции восстановления Fe₂O₃. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Пример 5. Вычислите D Н ^o, D S ^o и D G ^o_T реакции, протекающей по уравнению:

Fe₂O₃(к) + 3С = 2Fe + 3СО

Возможна ли реакция восстановления Fe₂O₃ углеродом при температурах 500 и 1000 К?

Решение. D Н ^o_х.р и D S ^o_х.р находим из соотношений (1) и (2) так же, как в примере 3:

D Н ^o_х.р = [3(-110, 52)+2 × 0] – [-822, 10+3 × 0] = -331, 56+882, 10 = 490, 54 кДж;

D S ^o_х.р = (2 × 27, 2 + 3 × 197, 91) – (89, 96 + 3 × 5, 69) = 541, 1 Дж/К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения D G ^o_T = D Н ^o – Т D S:

Так как D G ₅₀₀ > 0, а D G ₁₀₀₀ < 0, то восстановление Fe₂О₃ углеродом возможно при 1000 К и невозможно при 500 К.

Контрольные вопросы

101. Вычислите D G ^о₂₉₈ для следующих реакций:

а) 2NaF(к) + Cl₂(г) = 2NaCl(к) + F₂(г)

б) PbO₂(к) + 2Zn(к) = Pb(к) + 2ZnO(к)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO₂ цинком по реакции (б)? Ответ: +313, 94 кДж; -417, 4 кДж.

102. При какой температуре наступит равновесие системы:

4НСl(г) + О₂ (г) 2Н₂О(г) + 2С1₂(г); D H = -114, 42 кДж?

Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при каких температурах? Ответ: 891 К.

103. Восстановление Fe₃O₄ оксидом углерода идет по уравнению:

Fe₃О₄(к) + СО(г) = 3FeO(к) + СО₂(г)

Вычислите D G ^о₂₉₈ и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно D S ^о₂₉₈ в этом процессе? Ответ: +24, 19 кДж; +31, 34 Дж/ (моль • К).

104. Реакция горения ацетилена идет по уравнению:

С₂Н₂(г)+ 5/20₂(г) = 2С0₂(г) + Н₂О(ж)

Вычислите D G ^о₂₉₈ и D S ^о₂₉₈. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: -1235, 15 кДж; -216, 15 Дж/ (моль • К).

105. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? вычислите D S ^о₂₉₈ 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); D Н = -2, 85 кДж?

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите D G ^о₂₉₈ этой реакции. Ответ: +19, 91 кДж.

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

2NO(г) + O₂ (г) 2NO₂(г)

Ответ мотивируйте, вычислив D G ^о₂₉₈ прямой реакции. Ответ: -69, 70 кДж.

108. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ, вычислите D G ^о₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

NH₃(г) + HCl(г) = NH₄Cl(к)

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

109. При какой температуре наступит равновесие системы:

СО(г) + 2Н₂(г) СН₃ОН(ж); D H = -128, 05 кДж?

Ответ:»385, 5 К.

110. При какой температуре наступит равновесие системы:

СН₄(г) + СО₂(г) = 2СО(г) + 2Н₂(г); D Н = +247, 37 кДж?

Ответ:» 961, 9 К.

111. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите D G ^о₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

4NН₃(г) + 5О₂(г) = 4NО(г) + 6Н₂О(г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -957, 77 кДж.

112. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите D G ^о₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

СО₂(г) + 4Н₂(г) = СН₄(г) + 2Н₂О(ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -130, 89 кДж.

113. Вычислите D Н ^o, D S ^oи D G ^o _T реакции, протекающей по уравнению:

Fe₂O₃(к) + ЗН₂(г) = 2Fe(к) + 3Н₂О(г)

Возможна ли реакция восстановления Fе₂О₃ водородом при температурах 500 и 2000 К? Ответ: +96, 61 кДж; 138, 83 Дж/К; 27, 2 кДж; -181, 05 кДж.

114.Какие из карбонатов: ВеСО₃ или BaCO₃ – можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО₂? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив D G ^о₂₉₈ реакций. Ответ: +31, 24 кДж; -130, 17 кДж;
-216, 02 кДж.

115.На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите D G ^о₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

СО(г) + 3Н₂(г) = СН₄(г) + Н₂О(г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: -142, 16 кДж.

116. Вычислите D Н ^o, D S ^oи D G ^o _T реакции, протекающей по уравнению:

ТiO₂(к) + 2С(к) = Ti(к) + 2СO(г)

Возможна ли реакция восстановления TiO₂ углеродом при температурах 1000 и 3000 К? Ответ: +722, 86 кДж; 364, 84 Дж/К; +358, 02 кДж; -371, 66 кДж.

117. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих «веществ вычислите D G ^о₂₉₈ 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 Fе₃О₄, протекающая по уравнению:

Fe₃O₄(к) + СО(г) = 3FeO(к) + СО₂(г); D Н = + 34, 55 кДж.

Ответ: 1102, 4 К.

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

РС1₅(г) = РС1₃(г) + Сl₂(г); D Н = +92, 59 кДж.

Ответ: 509 К.

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

2СН₄(г) = С₂Н₂(г) + 3Н₂(г)

N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г)

С (графит) + О₂(г) = СО₂(г)

Почему в этих реакциях D S ^о₂₉₈ > 0; < 0; @ 0?

Ответ: 220, 21 Дж/К; -198, 26 Дж/К; 2, 93 Дж/К.