Часть 2

Задача № 6

Рассчитайте тепловой эффект при Т = 1000 К для реакции H₂S_(Г) + 3/2O_2(Г) = H₂O_(Г) + SO_2(Г). В интервале 298 – 1000 К С_Р ≠ f(T). Можно ли вычислить тепловой эффект данной реакции при Т = 2000 К?

Решение.

Согласно закону Гесса, тепловой эффект химической реакции при стандартных условиях:

ΔH⁰₂₉₈ = Σn´ΔH⁰₂₉₈(прод.) – Σn´´ΔH⁰₂₉₈(исх.)

Тепловой эффект данной химической реакции при стандартных условиях:

ΔH⁰₂₉₈ = ΔH⁰₂₉₈(H₂O_(Г)) + ΔH⁰₂₉₈(SO_2(Г)) – ΔH⁰₂₉₈(H₂S _(Г)) – 3/2ΔH⁰₂₉₈(О_2(Г)) =

(–241,81) + (–296,90) – (–20,60) – 0 = – 518,11 кДж.

Зависимость теплового эффекта от температуры при С_Р ≠ f(T) выражается уравнением Кирхгофа:

ΔH⁰_Т = ΔH⁰₂₉₈ + ΔC⁰_Р298(Т – 298)

ΔС⁰_Р298 = С⁰_Р298(H₂O_(Г)) + С⁰_Р298(SO_2(Г)) – С⁰_Р298(H₂S _(Г)) – 3/2С⁰_Р298(О_2(Г)) =

33,61 + 39,87 – 33,44 – 3/2(29,37) = – 4,015 Дж/моль·К.

ΔH⁰₁₀₀₀ = – 518110 + (– 4,015)∙702 = – 520929 Дж = – 520,9 кДж.

Поскольку в условии нет данных о зависимости теплоемкости от температуры в интервале 1000 – 2000 К, то вычислить тепловой эффект при 2000К нельзя.

Ответ: ΔH⁰₁₀₀₀ = – 520,9 кДж.

Задача № 36

Рассчитайте изменение энтропии при изотермическом сжатии 22 г СО₂ в идеальном газообразном состоянии от 10⁵ до 10⁶ Па при 1000 К.

Решение

Изменение энтропии при изотермическом процессе (Т = const) вычисляется по уравнению:

Р₁

ΔS = n R ln —— .

Р₂

n(CO₂) = m(CO₂)/M(CO₂) = 22/44 = 0,5 моль.

ΔS₁₀₀₀ = 0,5·8,314·ln 0,1 = – 9,57 Дж/К.

Ответ: ΔS₁₀₀₀ = – 9,57 Дж/К.

Задача № 42

Пользуясь справочными данными, определите направление протекания реакции

2SO_2(г) + О_2(г) = 2SO_3(г)

при стандартном давлении и температуре 798 К. С_Р ≠ f(T).

Решение

Направление протекания реакции определяется значением изменения энергии Гиббса: при ΔG<0 протекание реакции в прямом направлении термодинамически возможно, при ΔG>0 невозможно (возможно протекание реакции в обратном направлении).

Изменение энергии Гиббса реакции:

ΔG⁰_T = ΔH⁰_T – TΔS⁰_T.

Для данных в задаче условий:

ΔG⁰₇₉₈ = ΔH⁰₇₉₈ – 798ΔS⁰₇₉₈.

1) Рассчитаем ΔH⁰₇₉₈.

Согласно закону Гесса,

ΔH⁰₂₉₈ = 2ΔH⁰(SO_3(г)) – 2ΔH⁰(SО_2(г)) – ΔH⁰(О_2(г)) = 2∙(–395,85) – 2∙(–296,90) – 0 = –203,9 кДж.

ΔH⁰₇₉₈ = ΔH⁰₂₉₈ + ΔС⁰ ₂₉₈(798 – 298);

ΔС⁰₂₉₈ = 2С⁰(SO_3(г) ) – 2С⁰(SО_2(г)) – С⁰(О_2(г)) = 2∙50,09 – 2∙39,87 – 29,37 = – 8,93 Дж/К.

ΔH⁰₇₉₈ = –203900 – 8,93∙500 = – 208365 Дж.

2) Рассчитаем ΔS⁰₇₉₈.

ΔS⁰₂₉₈ = 2S⁰₂₉₈(SO_3(г)) – 2S⁰₂₉₈(SО_2(г)) – S⁰₂₉₈(О_2(г)) = 2∙256,69 – 2∙248,07 – 205,04 = – 187,80 Дж/К.

ΔS⁰₇₉₈ = ΔS⁰₂₉₈ + ΔС⁰ ₂₉₈∙ln(798/298) = – 187,80 – 8,93∙0,985 = – 196,60 Дж/К.

ΔG⁰₇₉₈ = – 208365 – 798(–196,60) = – 51478 Дж.

ΔG < 0, следовательно, есть термодинамическая возможность протекания реакции в прямом направлении.

Ответ: При заданных условиях реакция протекает в прямом направлении.