Пример решения практической работы 5 — расчёт энергии Гиббса

Пример решения практической работы 5
Для реакции CO2(г) +H2(г) →CO(г) + H2O(г) энергия Гиббса (ΔG)
рассчитывается по формуле:
ΔG=ΔH−TΔS
где:
ΔH — изменение энтальпии реакции, кДж/моль (справочное значение);
T — температура в кельвинах;
ΔS — изменение энтропии реакции, Дж/моль ∙ К ( справочное значение).
Направление протекания реакции определяется знаком ΔG:
–
если ΔG<0, реакция протекает самопроизвольно;
–
если ΔG=0, система находится в равновесии;
если
ΔG>0,
реакция
(самопроизвольна обратная реакция).
–
не
протекает
самопроизвольно
Расчёт при стандартных условиях (298 К)
Для расчёта ΔG∘ при стандартных условиях используются стандартные
энтальпии образования (ΔH∘298) и стандартные энтропии (S∘298) веществ.
Стандартная энергия Гиббса образования простых веществ в устойчивых
агрегатных состояниях при стандартных условиях принимается равной нулю.
Для начала проведем расчет стандартных энтальпии и энтропии
(учились в ПР 3) по справочным данным:
∆Н = ∑ Н° обр (продуктов) ∙ 𝑛– ∑ ∆Н° обр(исх. в−в) ∙ 𝑛
Подставим данные из справочника в формулу:
∆Н0298 = ((−110,60) + (−242.0)) − ((−393,51) + 0) = −40.91 (кДж)
Проведем расчет энтропии по формуле:
°
°
°
∆𝑆х.р.
= ∑ 𝑆прод
∙ 𝑛 − ∑ 𝑆исх.в−ва
∙𝑛
Подставим справочные значения:
Дж
К
Обратите внимание, что энтальпия и энтропия имеют разные единицы
измерения. Чтобы провести расчет энергии Гиббса, нужно либо энтальпию
перевести из кДж в Дж, либо энтропию их Дж/к в кДж/К. Переведем
энтальпию в Дж, получим –40910 Дж. Подставляем данные в формулу:
ΔG=ΔH−TΔS
ΔG298 = (–40910) – 298 ∙ 42,1 = (–40910 – 12545,8) = –53455.8 (Дж)
Энергия Гиббса имеет отрицательное значение, следовательно реакция
протекает самопроизвольно.
°
∆𝑆х.р.
= 197,7 + 188,9 − (213,8 + 130,7) = 386,6 − 344,5 = 42,1
Чтобы определить направление протекания реакции при температуре
1200 К, узнаем равновесную температуру, т.е. температуру при которой
процесс будет находится в состоянии равновесия. Проведем расчет по
формуле:
Т=
𝑇равн =
∆Н
∆𝑆
|−40910|
= 971.73 (𝐾)
42.1
Сравним Т по условию задачи с Травн.
Если Травн<T по условию, то реакция протекает в обратном
направлении
Если Травн>Т по условию, то реакция протекает в прямом направлении.
Если Травн = Т по условию, то система находится в состоянии
равновесия.
Т по условию = 1200 К, Т равн = 971,73, следовательно Травн<T по
условию, то реакция протекает в обратном направлении