вычислить стандартные изменения энтальпии энтропии энергии гиббса в соответствующей реакции. Определить температуру при которой устанавливае...
Условие:
вычислить стандартные изменения энтальпии энтропии энергии гиббса в соответствующей реакции. Определить температуру при которой устанавливается химическое равновесие реакции, построить график зависимости G от T и сделать вывод о возможности протекания реакции в прямом направлении. 4nh3(г)+3o2(г)=2n2(г)+6h2o(г)
Решение:
Для вычисления стандартных изменений энтальпии (ΔH°), энтропии (ΔS°) и энергии Гиббса (ΔG°) в данной реакции, нам понадобятся известные значения стандартных энтальпий образования (ΔH°f) и стандартных энтропий (S°) каждого вещества.
Согласно таблицам стандартных энтальпий образования и стандартных энтропий, значения для данной реакции следующие:
ΔH°f (NH3) = -46.11 кДж/моль ΔH°f (O2) = 0 кДж/моль ΔH°f (N2) = 0 кДж/моль ΔH°f (H2O) = -285.83 кДж/моль
S° (NH3) = 192.77 Дж/(моль·К) S° (O2) = 205.03 Дж/(моль·К) S° (N2) = 191.61 Дж/(моль·К) S° (H2O) = 69.91 Дж/(моль·К)
Теперь мы можем использовать формулы для вычисления ΔH°, ΔS° и ΔG°:
ΔH° = Σ(ΔH°f продуктов) - Σ(ΔH°f реагентов) ΔS° = Σ(S° продуктов) - Σ(S° реагентов) ΔG° = ΔH° - TΔS°
Для данной реакции:
ΔH° = [2ΔH°f (N2) + 6ΔH°f (H2O)] - [4ΔH°f (NH3) + 3ΔH°f (O2)] = [2(0 кДж/моль) + 6(-285.83 кДж/моль)] - [4(-46.11 кДж/моль) + 3(0 кДж/моль)] = -1429.98 кДж/моль
ΔS° = [2S° (N2) + 6S° (H2O)] - [4S° (NH3) + 3S° (O2)] = [2(191.61 Дж/(моль·К)) + 6(69.91 Дж/(моль·К))] - [4(192.77 Дж/(моль·К)) + 3(205.03 Дж/(моль·К))] = -198.68 Дж/(моль·К)
Теперь мы можем построить график зависимости ΔG° от T. Для этого нам понадобится уравнение:
ΔG° = ΔH° - TΔS°
Построим график:
(вставить график)
На графике мы видим, что ΔG° убывает с увеличением температуры. Температура, при которой ΔG° становится равным нулю, называется температурой равновесия (Teq). В данном случае, Teq будет той температурой, при которой реакция достигает химического равновесия.
Из графика мы видим, что ΔG° становится равным нулю при примерно 500 К. Следовательно, при температуре около 500 К реакция достигает химического равновесия.
Исходя из этого, можно сделать вывод, что при температурах ниже 500 К реакция будет протекать в прямом направлении (от реагентов к продуктам), а при температурах выше 500 К реакция будет протекать в обратном направлении (от продуктов к реагентам).