III. Энергетика химических процессов

Пример. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий веществ вычислите ΔG₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

СО(г) + Н₂О(ж) = СО₂ (г) + Н₂(г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Решение: Возможность самопроизвольного протекания реакции определяется значением изменения энергии Гиббса: ΔG₂₉₈ = Н^о –Т •ΔS^о ; Н и S – функции состояния, поэтому

ΔН^о _х.р = ∑ΔН^о_прод – ∑ΔН^о_исх ; ΔS^о _х.р = ∑ΔS^о_прод – ∑ΔS^о_исх

ΔН^о _х.р = (- 393,51 + 0) – ( - 110,52 – 285,84) = + 2,85 кДж;

ΔS^о_х.р= (213,65+130,59) – (197,91+69,94) = +76,39 Дж/(моль^.К) = +76,39^.10^-3 кДж/(моль^.К);

ΔG₂₉₈ = + 2,85 – 298 • 0,07639 = - 19,91 кДж.

Вывод: слева направо при 25^оС реакция протекает самопроизвольно, поскольку ΔG^о₂₉₈< 0.

IV. Химическая кинетика и химическое равновесие.

Пример 1. В системе: СО_(г) + Сl_2(г) = COCl_2(г) концентрацию СО увеличили от 0,3 до 1,2 моль/л, а концентрацию хлора – от 0,2 до 0,6 моль/л. Определить, во сколько раз возрастет скорость реакции?

Решение. На основании закона действия масс скорость гомогенной реакции (V) выражается через концентрации реагирующих веществ следующим образом:

V = k ∙ [СО] ∙[Cl₂],

где [СО] – молярная концентрация оксида углерода (II), моль/л;

[Cl₂] – молярная концентрация хлора, моль/л;

k – коэффициент пропорциональности (константа скорости).

Начальная скорость: V_o = k ∙ 0,3 ∙ 0,2 = k ∙0,06.

С увеличением концентраций реагирующих веществ она (V₁) возрастет и составит: V₁ = k ∙ 1,2 ∙ 0,6 = k ^. 0,72/

Тогда:

Следовательно, скорость реакции возрастет в 12 раз.

Пример 2. Определить, чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 50^оС скорость реакции возрастает в 32 раза?

Решение. Согласно уравнению Вант-Гоффа:

.

Подставим значения: .

Пример 3.Определить, в сторону прямой или обратной реакции сместится равновесие в следующих системах:

1) 2Н_2(г) + О_2(г) ↔ 2Н₂О_(г); DН^о₂₉₈ = −483,6 кДж

2) СаСО_3(к) ↔ СаО_(к) + СО_2(г) ; DН^о₂₉₈ = + 179 кДж

при: а) понижении температуры; б) повышении давления.

Решение. а). Согласно принципу Ле Шателье: понижение температуры приводит к смещению химического равновесия в сторону экзотермического процесса. Поскольку первая реакция – экзотермическая (∆Н^о < 0), то с понижением температуры произойдет сдвиг равновесия в сторону прямой реакции. Во второй – эндотермической реакции (∆Н^о > 0), наоборот – в сторону обратной.

б). С повышением давления по принципу Ле Шателье должно произойти смещение равновесия в сторону образования меньшего количества молей газообразных веществ (уменьшение объема газа). В первой – гомогенной системе – смещение равновесия произойдет в сторону прямой реакции (3 объема газа → 2 объема газа), а во второй – гетерогенной – в сторону обратной реакции (0 объемов газа → 1 объем газа).