Таким образом, тепловой эффект реакции равен –853,8 кДж, а составляет –822,2 кДж/моль.

Пример 3.3.Исходя из термохимических уравнений

Н₂(г) + О₂(г) = Н₂О₂(ж), = –187 кДж; (1)

Н₂О₂(ж) + Н₂(г) = 2Н₂О (г), = –297 кДж; (2)

Н₂О (г) = Н₂О (ж), = – 44 кДж, (3)

рассчитать значение стандартной энтальпии реакции образования Н₂О (ж).

Решение.Запишем уравнение реакции, тепловой эффект которой необходимо определить: Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О (ж), –?(4)

В уравнения (1), (2), (3) входят Н₂О₂(ж) и Н₂О (г), которые не входят в уравнение (4). Чтобы исключить их из уравнений (1), (2), (3), умножим уравнение (3) на 2 и сложим все три уравнения:

Н₂(г) + О₂(г) + Н₂О₂(ж)+ Н₂(г) + 2Н₂О (г) = Н₂О₂(ж) + 2Н₂О (г) + 2Н₂О (ж). (5)

После преобразования уравнения (5) и деления его на 2 получаем искомое уравнение (4). Аналогичные действия проделаем с тепловыми эффектами:

В результате получаем Дж;

т.е. энтальпия образования Н₂О (ж). = –286 кДж/моль.

Пример 3.4.В каком направлении будет протекать реакция при стандартных условиях СН₄(г) + СО₂(г) ↔ 2СО (г) + 2Н₂(г)

Решение.Направление протекания химической реакции определяет энергия Гиббса (∆G). Изменение энергии Гиббса в результате химической реакции равно сумме энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом суммы энергий Гиббса образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов. Формула для расчета изменение энергии Гиббса изучаемой реакции имеет вид:

Значения берем из табл. 1 приложения и получаем:

[2 ∙ (-137,1) + 2 ∙ 0] − [(-50,8) + (-394,4)] = +171 кДж.

При р=const, T=const реакция самопроизвольно протекает в том направлении, которому отвечает убыль энергии Гиббса. Если ∆G< 0, то реакциясамопроизвольно протекает в прямом направлении. Если ∆G> 0, то самопроизвольное протекание процесса в прямом направлении невозможно. Если ∆G = 0, то реакция может протекать как в прямом направлении, так и в обратном, и система находится в состоянии равновесия.

Так как ∆G⁰_х.р = +171 кДж, т.е. > 0, то самопроизвольное протекание данной реакции в прямом направлении в стандартных условиях невозможно.

Пример 3.5. Определить изменение энтропии в стандартных условиях для реакции С _{(графит)} + 2Н₂(г) = СН₄(г)

Решение.Изменение энтропии системы в результате протекания химической реакции (∆S) (энтропия реакции) равно сумме энтропий продуктов реакции за вычетом суммы энтропий исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

Подставляем в формулу справочные данные из табл.I и получаем:

186,2 − (5,7 + 2 ∙ 130,6) = -80,7 Дж/К.

Пример 3.6. По значениям стандартных энтальпий образования и стандартных энтропий веществ, участвующих в реакции, вычислить изменение энергии Гиббса реакции, протекающей по уравнению

СО (г) + Н₂О (ж) = СО₂(г) + Н₂(г).

Решение.Изменение энергии Гиббса в химической реакции при температуре Т можно вычислить по уравнению

∆G⁰_х.р. = ∆Н⁰_х.р – Т∆S⁰_х.р.

Тепловой эффект реакции ∆Н⁰_х.р и изменение энтропии определяем по следствию из закона Гесса:

;

Используя справочные данные табл. 1, получаем:

∆Н⁰_х.р. = [(-393,5) + 0] − [(-110,5) + (-285,8)] = +2,8 кДж;

∆S⁰_х.р = (213,7 + 130,6) − (197,5 + 70,1) = +76,7 Дж/К

Изменение энергии Гиббса в химической реакции:

∆G⁰_х.р. = ∆Н⁰_х.р. – Т∆S⁰_х.р.; Т = 298 К;

∆G⁰_х.р = 2,8 − 298 ∙ 76,7 ∙ 10^-3 = -20,05 кДж

Пример 3.7.Определить температуру, при которой установится равновесие в системе СаСО₃(к) СаО (к) + СО₂(г)

Решение. При химическом взаимодействии одновременно изменяется энтальпия, характеризующая стремление системы к порядку, и энтропия, характеризующая стремление системы к беспорядку. Если тенденции к порядку и беспорядку в системе одинаковы, то ∆H⁰_х.р.= Т∆S⁰_х.р., что является условием равновесного состояния системы. Отсюда можно определить температуру, при которой устанавливается равновесие химической реакции для стандартного состояния реагентов: _.