Пример 2. Возможна ли в стандартных условиях реакция

Возможна ли в стандартных условиях реакция

4HCl + O₂ = 2H₂O + 2Cl₂?

Решение.

Для процессов, протекающих в природе самопроизвольно, характерно стремление к минимуму энергии, т. е. понижение энтальпии и стремление перейти в наиболее вероятное состояние с максимально допустимой в данных условиях степенью беспорядка, т. е. повышение энтропии.

Для реакций, протекающих при постоянном давлении и температуре, введена термодинамическая функция DG - энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал), определяющая влияние энтальпии и энтропии на ход реакции. Энергия Гиббса является функцией состояния и расчет ее ведут по формулам:

DG⁰_х.р. = DH⁰_х.р. - T DS⁰_х.р., (1)

DG⁰_х.р. = n DG⁰_{продукт.} - n DG⁰_{исх. веществ.} (2)

По знаку и величине энергии Гиббса можно судить о направлении реакции. Если DG⁰ < 0, возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении; если DG⁰ = 0, то в системе наступает состояние равновесия.

Чтобы ответить на вопрос, поставленный в условии задачи, необходимо рассчитать энергию Гиббса реакции горения хлороводорода. Выпишем из справочных таблиц [1] необходимые данные:

Вещество HCl _(Г) O_{2 (Г)} CI_{2 (Г)} H₂O _(Г),

DH⁰, кДж/моль -92,31 0 0 -241,83,

S⁰, Дж/моль×К -186,68 205,03 222,95 188,72,

DH⁰_х.р. = [2DH⁰(H₂O) + 2DH₀(Cl₂)] - [4DH⁰(HCl) + DH⁰(O₂)] =

= [(2 × (-241,83) + 2 × 0] - [4 × (-92,31) + 0] = -112 кДж,

DS⁰_х.р. = [2S⁰(H₂O) + 2S⁰(Cl₂)] - [4S⁰(HCl) + 3S⁰(O₂)] =

= (2 × 188,72 + 2 × 222,95) - (4 × 186,68 + 205,03) = -130 Дж×K =

= -0,13 кДж×К,

DG⁰_х.р. = DH⁰_х.р - TDS⁰_х.р.,

DG⁰_х.р. = (-112) - 298 ´ (-0,13) = -73,36 кДж.

Энергия Гиббса химической реакции меньше нуля, следовательно, в стандартных условиях эта реакция возможна.