Химическая термодинамика

данных условиях? Газы считать идеальными. Необходимые данные возьмите из справочника.

Решение:

Термодинамические данные при температуре 298 К и стандартном давлении 1 бар сведем в таблицу:


Вещество Энтальпия образования DfН°298 , кДж*моль-1 Энтропия S°298 , Дж*К-1*моль-1 Теплоемкость Ср, Дж*К-1*моль-1
СО -110,5 197,6 29,14
О2 0 205,0 29,40
СО2 -393,5 213,7 34,57
Реакция DrН°298 , кДж/моль DrS°298, Дж*К-1*моль-1

DrСp,

Дж*К-1*моль-1

СО + Ѕ О2 = СО2 -283,0 -86,4 -9,27

Примем, что DrСp = соnst. Изменения термодинамических функций в результате реакций рассчитаны как разность функций реагентов и продуктов:

Df = f(СО2) - f(СО) – 1/2 f(О2).


Стандартный тепловой эффект реакции при 500 К можно рассчитать по уравнению Кирхгофа в интегральной форме:


DrН°500 = -283000 + (-9,27)(500 – 298) = -284,9 кДж*моль-1


Стандартное изменение энтропии в реакции при 500 К можно рассчитать по формуле:


DrS°500=(-86,4+(-9,27)ln(500/298))Дж*К-1*моль-1=

=-91,2Дж*К-1*моль-1


Стандартное изменение энергии Гиббса при 500 К:


DrG°500 = DrН°500 - 500DrS°500,

DrG°500 = (-284900 – 500(-91,2)) кДж*моль-1=-239,3кДж*моль-1.


Рассчитаем изменение энергии Гиббса при парциальных давлениях 3 атм:


DrG(р2) = - 240200 + (-0,5)8,31*500*ln(3) = -242,5 кДж*моль-1.


Эта реакция может протекать самопроизвольно при данных условиях.

Ответ: DrG = -242,5 кДж*моль-1.


4.2 Задачи


Вычислите изменение Н, U, F, G, S при одновременном охлаждении от 2000 К до 200 К и расширении от 0,5 м3 до 1,35 м3 0,7 молей азота (СV = 5/2R). Энтропия газа в исходном состоянии равна 213,4 Дж*К-1*моль-1, газ можно считать идеальным.


(DН = -36,66 кДж, DU = -26,19 кДж, DF = 249,4 кДж,

DG = 238,9 кДж, DS = -27,72 Дж*К-1)


Рассчитайте DG° при 25°С для химической реакции: 4НСl(г) + О2(г) = 2Cl2 + 2Н2О(ж). Стандартные значения энтальпии образования и абсолютной энтропии при 25°С равны: DfН°(НСl) = -22,1 ккал*моль-1,


S°(O2) = 49,0 кал*К-1*моль-1, DfН°(Н2О(ж)) = -68,3 ккал*моль-1, S°(Сl2) = 53,3 кал*К-1*моль-1, S°(НCl) = 44,6 кал*К-1*моль-1,

S°(Н2O(ж)) = 49,0 кал*К-1*моль-1.

(DG° = -22,2 ккал*моль-1)


Вычислите изменение энергии Гиббса при сжатии

0,7*10-2 кг N2 при 300 К и давлении от 5,05*104 до 3,031*105 Па (считать азот идеальным газом).

Вычислите DG°298 для реакции


С(графит) + 2Н2(г) = СН4(г).


Определите DН°298 из следующих термохимических уравнений:

СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(ж) + DН°298,

СО2(г) = С(графит) + О2(г) - DН°298,

2Н2О(ж) = 2Н2(г) + О2(г) - 2DН°298.


Значение DS°298 вычислите с помощью постулата Планка.

Рассчитайте стандартные энергии Гиббса и Гельмгольца при 700°С для химической реакции:


СаСО3(тв) = СаО(тв) + СО2(г).


Теплоемкости веществ считать постоянными.


(DrG°973 = 24,4 кДж*моль-1, DrF°973 = 16,3 кДж*моль-1)


Вычислите изменение DG° для 1 моль NН3 в процессе изобарического нагревания (Р = 1,013*105 Па) от Т1 = 300 до Т2 = 400 К, если Ср = соnst. (-17,467 кДж*К-1*моль-1)

Найдите энергию Гиббса образования NН3 при температурах 298 и 400 К, если известны следующие данные: DfН°298(NН3) = -46,2 кДж*моль-1,


Вещество N2 Н2 NH3
Сp,298, Дж*К-1*моль-1 29,1 28,8 35,7
S°298 , Дж*К-1*моль-1 191,5 130,6 192,5

Считать, что теплоемкости в указанном интервале температур постоянны.


(DfG°298(NH3) = -16,7 кДж*моль-1, DrG°400(NH3) = -6,19 кДж*моль-1)

Литература


1) Г.С. Каретников, И.В. Кудряшов. Сборник примеров и задач по физической химии. - М: Высшая школа, 1991 г.

2) И.И. Климов, А.И. Филько. Сборник примеров и задач по физической и коллоидной химии. – М: Просвещение, 1975 г.

3) В.В. Еремин, С.И. Каргов, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин. Основы физической химии. Теории и задачи. – М: Экзамен, 2005.