Примеры решения типовых задач. Пример 1.Определите направление протекания при стандартных условиях реакции: Fe2O3(к) + 3H2(г) = 2Fe(т) + 3H2O(г)

 

Пример 1. Определите направление протекания при стандартных условиях реакции: Fe₂O_3(к) + 3H_2(г) = 2Fe_(т) + 3H₂O_(г)

Решение. Чтобы определить направление протекания реакции, нужно вычислить изменение стандартной энергии Гиббса

Согласно следствию из закона Гесса: Δ_rG = ΣΔ_fG⁰_кон – ΣΔ_fG⁰_нач

Выпишем из табл.11 [] значения энергий Гиббса образования для всех участников реакции

 

	Fe2O3(к)	H2(г)	Fe(т)	H2O(г)
, кДж/моль	–740,3			–228,6

Отсюда Δ_rG^° = (2∙0 + 3∙-228,6) – (1∙-740,3 + 3∙0) = 54,5 кДж/моль.

Т.к. Δ_rG > 0, в стандартных условиях эта реакция идет в обратном направлении.

Пример 2. Определите знаки D_rН⁰, D_rS⁰ и D_rG⁰ для реакции

АВ_(к)+ В_2(г) = АВ_3(к),

протекающей при 298 К в прямом направлении. Будет ли DG⁰ возрастать или убывать с ростом температуры?

Решение. Поскольку известно, что реакция протекает в прямом направлении, следовательно, Δ_rG < 0.

В левой части уравнения 1 молекула газа (В₂), а в правой части уравнения газа нет, следовательно, при протекании данной реакции энтропия системы уменьшается, т.е. Δ_rS <0.

Поскольку D_rН⁰, D_rS⁰ и D_rG⁰ реакции связаны друг с другом уравнением:

Δ_rG⁰ = Δ_rH⁰– T·Δ_rS⁰,

 

то знак изменения энтальпии системы может быть только отрицательным: DН_r<0.

Т.к. энтропийная составляющая данной реакции положительна, то с ростом температуры D_rG будет возрастать, и выше некоторой температуры реакция будет протекать в обратном направлении.

Пример 3. При какой температуре начнетсяреакция:

 

С₆Н_{6 (ж)} + НNO_{3 (ж)} = С₆Н₅NO_2(ж) + Н₂О _(ж)?

 

При каких температурах реакция будет протекать в прямом, а при каких – в обратном направлении.

Решение. Температура начала реакции рассчитывается по формуле:

 

D_rН⁰ и D_rS⁰ рассчитывают по следствию из закона Гесса:

 

Δ_rH = ΣΔ_fH⁰_кон – ΣΔ_fH⁰_нач

 

Δ_rS = ΣS⁰_кон – ΣS⁰_нач,

 

используя значения энтальпий образования и абсолютных энтропий участников реакции из таблицы 11 []:

	С6Н6 (ж)	НNO3 (ж)	С6Н5NO2(ж)	Н2О (ж)
, кДж/моль	49,03	-173,00	15,90	–285,83
, Дж/моль К	173,26	156,16	224,26	69,95

 

Δ_rH = (15,90-285,83) – (49,03-173,00) = -145,70 кДж

 

Δ_rS = (224,26+69,95) – (173,26+156,16) = -35,21 Дж/ К = -0,035 кДж/ К.

Данная реакция начнется при температуре

 

.

 

Поскольку в данной реакции энтальпийная составляющая отрицательная (DН_r<0), а энтропийная – положительная(-Т Δ_rS >0), то, в соответствии с уравнением:

Δ_rG⁰ = Δ_rH⁰– T·Δ_rS⁰,

 

при Т>4162 К реакция будет идти в обратном направлении (Δ_rG > 0), а при Т<4162 К - в прямом направлении (Δ_rG < 0).