Функций состояния

(задачи №№ 151 – 175).

Литература:

1. Глинка Н.Л. "Общая химия". - М.: Интеграл-Пресс. 2009г. 170 - 183с.

2. Коробейникова Е.Г., Чуприян А.П., Аксенов А.Н. Вопросы и задачи по химии. СПб. 2001 г. 13 - 14с.

3. Глинка Н.Л. "Задачи и упражнения по общей химии". - Учебное пособие. - М.: КНОРУС, 2011, 240с.

Второй закон термодинамики. Возможность и направление протекания химических процессов. Обратимые химические процессы и химическое равновесие. Энтропия как мера неупорядоченности системы. Изменение энтропии в химических процессах и при фазовых переходах. Энергия Гиббса как количественная мера вероятности и направленности самопроизвольного протекания химических реакций. Оценка пожарной опасности химических процессов по энергии Гиббса. Для выполнения расчетов можно использовать таблицу 2 приложения.

Пример 7.1. Восстановление оксида железа (III) водородом протекает по уравнению

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O_(г).

1) Возможна ли эта реакция при нормальных условиях?

2) При какой температуре начнется восстановление железа?

Решение:

1. Ответ на первый вопрос предполагает расчет DG⁰ реакции. Для этого необходимо рассчитать изменение энтальпии DН⁰ и изменение энтропии DS⁰ в данной реакции.

По таблице 1 приложения находим значение DН⁰ и S⁰ для всех реагирующих веществ, затем производим вычисления:

DН⁰_р-и = 3DН⁰(Н₂О) - DН⁰(Fe₂О₃) = 3×(–241,8) – (–822,2) = 96,8 кДж/моль

DS⁰_р-и = (2S⁰Fe + 3S⁰ (H₂O))- (S⁰(Fe₂О₃) + 3S⁰ H₂) =

= (2×27,1 + 3×188,7) – (87,4 + 3×130,5) = 138,7 Дж/моль×К =

= 138,7 ×10^-3 кДж/моль×К

2. Для расчета DG⁰ реакции воспользуемся формулой Гиббса

DG⁰_р-и =DН⁰_р-и - Т × DS⁰_р-и = 96,8 – 273×138,7 ×10^-3 = 58,9 кДж/моль

DG⁰_р-и>0, следовательно, при нормальных условиях реакция невозможна.

3. Для ответа на второй вопрос найдем температуру, при которой

DG⁰_р-и = 0 (состояние равновесия). В этом случае DН⁰_р-и =ТDS⁰_р-и.

Ответ: 1. При нормальных условиях реакция невозможна.

2. Данная реакция начнется при температуре 697 К.

Варианты заданий

151. Докажите расчетами возможность окисления кислорода фтором при 10⁰С:

0,5О₂ + F₂ = ОF₂.

152. Определите возможность протекания в газовой фазе следующей реакции при 30⁰С: Н₂ + С₂Н₂ = С₂Н₄.

153. Докажите расчетами, что при стандартных условиях и при 200⁰С

реакция 0,5N₂ + O₂ = NO₂ невозможна.

154. Вычислите, при какой температуре начнется реакция тримеризации ацетилена:

3С₂Н_{2 (г)} = С₆Н_{6 (ж)}.

155. При какой температуре возможно протекание следующей реакции:

H₂S + 0,5O₂ = SO₂ + H₂O _(г)?

156. Установите возможность (или невозможность) самопроизвольного протекания следующей реакции при температуре 100⁰С:

С₂Н₄ = Н₂ + С₂Н₂.

157. Прямая или обратная реакция будет протекать при 500⁰С:

С₂Н₄ = Н₂ + С₂Н₂?

158. При какой температуре начнется окисление железа по реакции:

Fe + 0,5O₂ = FeO?

159. Вычислите, при какой температуре возможно протекание следующей реакции:

2СН₄ = С₂Н₂ + 3Н₂.

160. Определите, при какой температуре начинается реакция восстановления оксида кальция углем:

СаО + 3С = СаС₂ + СО.

161. Определите пожарную опасность контакта сероуглерода и кислорода при –20⁰С, если реакция протекает по уравнению:

CS₂ + 3O₂ = CO₂ + 2SO₂.

162. Возможно ли при 200⁰С протекание следующей реакции:

СО + 0,5О₂ = СО₂?

163. Вычислите, при какой температуре реакция горения водорода в кислороде пойдет в обратном направлении.

164. При какой температуре протекание реакции

Al + 0,75O₂ =0,5Al₂O₃ невозможно?

165. Прямая или обратная реакция будет протекать при 150⁰С:

H₂ + Cl₂ = 2HCl?

166. Оцените пожарную опасность контакта углекислого газа и водорода при температуре 10⁰С:

СО₂ + Н₂ = СН₄ + Н₂О _(ж).

167. При какой температуре возможно протекание следующей реакции:

С₂Н₄ + Н₂О _(ж) = С₂Н₅ОН?

168. При какой температуре начнется разложение воды на водород и кислород?

169. Прямая или обратная реакция будет протекать при температуре 300⁰С:

4HCl + O₂ = 2H₂O _(г) + 2Cl₂?

170. Определите возможность протекания следующей реакции при 40⁰С:

2С + 0,5О₂ + 3Н₂ = С₂Н₅ОН.

171. При какой температуре наступит равновесие в системе:

СО + 2Н₂ = СН₃ОН?

172. Определите возможность самопроизвольного протекания реакции при 50⁰С:

С + СО₂ = 2СО.

173. Возможно ли при 400⁰С самопроизвольное протекание реакции

H₂S = H₂ + S?

174. Оцените пожарную опасность контакта водорода и хлора при 700⁰С:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

175. Возможно ли при температуре 100⁰С протекание следующей реакции:

СН₄ = С + 2Н₂?