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 , ДжК-1моль-1	Теплоемкость Ср, ДжК-1моль-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, ДжК-1моль-1	DrСp, ДжК-1моль-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, ДжК-1моль-1	29,1	28,8	35,7
S°298 , ДжК-1моль-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.