3. Термохимия

Типовая задача

Вычислить стандартные изменения энтальпии ΔH⁰₂₉₈, энтропии ΔS⁰₂₉₈ и свободной энергии Гиббса ΔG⁰₂₉₈ реакции

2Mg_(к) + CO_2(г) = 2MgO_(к)+ C_{(графит)}

Является реакция экзо - или эндотермической. Определить возможность самопроизвольного протекания процесса в указанном направлении при стандартных условиях.

Решение. Используя данные таблицы, находим значения стандартной энтальпии образования и энтропии реагирующих веществ:

Вещество	Mg(к)	CO2(г)	MgO(к)	C(графит)
ΔH0298, кДж·моль-1	0	-395,4	-602,0	0
S0298, Дж·моль-1·К-1	32,6	213,8	26,8	5,9

1. Производим расчет ΔH⁰₂₉₈ реакции, используя следствие из закона Гесса. При суммировании стандартных энтальпий образования исходных веществ и продуктов реакции учитываем, в соответствии с уравнением реакции, число моль каждого из ее участников:

ΔH⁰_{298 реакции} = ΣΔH⁰_{298 конечных в-в} - ΣΔH⁰_{298 исходных в-в} = 2·ΔH⁰₂₉₈(MgO_(к)) + ΔH⁰₂₉₈(C_{(графит)}) - 2 ΔH⁰₂₉₈(Mg_(к)) - ΔH⁰₂₉₈(CO_2(г)) = -602,0· 2 + (-395,4) = -810,1 (кДж)

На основании того, что стандартное изменение энтальпии в ходе реакции имеет отрицательное значение, делаем вывод – рассматриваемая в задаче реакция является экзотермической.

2. Аналогично производим расчет ΔS⁰₂₉₈ реакции:

ΔS⁰_{298 реакции}= ΣS⁰_{298 конечных в-в} - ΣS⁰_{298 исходных в-в}= 2·S⁰₂₉₈(MgO_(к)) + S⁰₂₉₈(C_{(графит)}) - 2 S⁰₂₉₈(Mg_(к)) - S⁰₂₉₈(CO_2(г)) = 2· 5,9 + 26,8 - 2·32,6 - 213,8 = -240,4 (Дж/К)

3. Зная величины ΔH⁰₂₉₈ и ΔS⁰₂₉₈, можем рассчитать ΔG⁰₂₉₈ реакции. При расчете используем следующее выражение:

ΔG⁰_{298 реакции} = ΔH⁰_{298 реакции} - Т· ΔS⁰_{298 реакции}; Т=298 К

ΔG⁰_{298 реакции} = -810,1- 298·(-0,2404) = -738,5 (кДж)

Исходя из того, что ΔG⁰_{298 реакции} имеет отрицательное значение, делаем вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции в указанном направлении при стандартных условиях.

Ответ: ΔH⁰_{298 реакции}= -810,1 кДж

ΔS⁰_{298 реакции}= -240,4 Дж/К

ΔG⁰_{298 реакции}=-735,8 кДж

Варианты заданий

Таблица 3

№ п/п	Уравнение реакции
1	2
	C2H4(г) + 3O2(г) = 2CO2(г) + 2H2O(г)
	Fe2O3(к) + 3 Н2(г) = 2 Fe(к) + 3 H2O (г)
	Fe2O3 (к) + 3 C (графит) = 2 Fe (к) + 3 CO (г)
	Fe2O3 (к) + 3 CO (г) = 2 Fe (к) + 3 CO2 (г)
	2H 2S (г) + 3 O2 (г) = 2 H2O (ж) + 2 SO 2 (г)
	2 CH 3OH (г) + 3 O2 (г) = 4 H2O (г) + 2 CO2 (г)
	8Al (к) + 3 Fe3O4 (к) = 9 Fe (к) + 4Al 2O 3 (к)
	4 HCl (г) + O2 (г) = 2Cl 2 (г) + 2 H2O (г)
	4 NH 3 (г) + 3 O2 (г) = 2N 2 (г) + 6 H2O (ж)
	2H 2S (г) + O2 (г) = 2 H2O (ж) + 2S (к)
	4NH3 (г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O (г)
	4 NH3 (г) + 3 O2(г) = 2N 2 (г) + 6 H2O (г)
	2 CH4(г) = C 2H 2 (г) + 3 H2 (г)
	2SO 2 (г) + O2(г) = 2SO 3 (г)
	CO (г) + H2O (г) = CO2 (г) + H2 (г)
	4HCl (г) + O2(г) = 2 H2O (г) + 2Cl2(г)
	CO2 (г) + 4 H2 (г) = CH4(г) + 2 H2O (г)
	SO2(г) + 2 H 2S (г) = 3S (ромбич) + 2 H2O (ж)
	PCl 3 (к) + Cl 2 (г) = PCl 5 (к)
	2FeO (к) + 2SO2 (г) + O2 (г) = 2FeSO4 (к)
	CdO(т) + H2(г) = Cd(т) + H2O(г)
	2N2O5 (г) = 4NO2(г) + O2(г)
	H2O2(г) + H2(г) = 2H2O(г)
	2NO(г) + H2(г) =N2O(г) + H2O(г)
	2NO(г) + 2H2(г) = N2(г) + 2H2O(г)
	2O3(г) = 3O2(г)
	N2(г) + O2(г) = 2NO(г)
	C6H6(ж) +7,5 O2(г) = 6CO2(г) + 3H2O(г)
	KClO3(к) = KCl(к) + 1,5O2(г)
	CuO(к) + C(графит) = Cu(к) + CO(г)