Таблица 11. - Стандартные абсолютные величины энтропии некоторых веществ

Вещество	Состояние	S⁰₂₉₈Дж/моль·К	Вещество	Состояние	S⁰₂₉₈Дж/(моль•К)
С	Алмаз	2,44	H₂O	г	188,72
С	Графит	5,69	N₂	г	191,49
Fe	к	27,2	NH₃	г	192,50
Ti	к	30,7	CO	г	197,91
S	Ромб.	31,9	C₂H₂	г	200,82
TiO₂	к	50,3	O₂	г	205,03
FeO	к	54,0	H₂S	г	205,64
H₂O	ж	69,94	NO	г	210,20
Fe₂O₃	к	89,96	CO₂	г	213,65
NH₄CI	к	94,5	C₂H₄	г	219,45
CH₃ОH	г	126,8	CI₂	г	222,95
H₂	г	130,59	NO₂	г	240,46
Fe₃O₄	к	146,4	PCI₃	г	311,66
CH₄	г	186,19	PCI₅	г	352,71
HCI	г	186,68

ПРИМЕР 3. На основании стандартных теплот образования (табл. 9) и абсолютных стандартных энтропий веществ (табл. 11) вычислите G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению:

СО_(г) + Н₂О_(ж) = СО_2(г) + Н_2(г)

Р е ш е н и е. G⁰= Н⁰-Т S⁰; Н и S – функции состояния, поэтому:

Н⁰_{х р.}= Н⁰_прод - Н⁰_исх;

S⁰_{х р.}= S⁰_прод – S⁰_исх.

Н⁰_{х р.}= (-393,51+0)-(-110,52-285,84) = +2,85 кДж;

S⁰_{х р.}= (213,65+130,59) – (197,91+69,94) = +76,39=0,07639 кДж / моль·К;

G⁰= +2,85 – 2980,07639 = - 19,91 кДж.

ПРИМЕР 4. Реакция восстановления Fe₂O₃ водородом протекает по уравнению Fe₂O_3(к) + 3 Н_2(г) = 2 Fe_(к) + 3 Н₂О_(г); Н = + 96,61 кДж.

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии S = 0,1387 кДж / моль·К? При какой температуре начнется восстановление Fe₂O₃?

Р е ш е н и е. Вычисляем G⁰ реакции:

G⁰= Н⁰ - Т S⁰= 96,61 - 298·0,1387 = +55,28 кДж.

Так как G >0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой G⁰= 0.

Н⁰= Т S⁰; Т =

Следовательно, при температуре 696,5 ⁰К начинается реакция восстановления Fe₂O₃. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

ПРИМЕР 5. Вычислите Н⁰, S⁰ реакции, протекающей по уравнению Fe₂O_3(к) + 3 С_(к) = 2 Fe_(к) + 3 СО_(г). Возможна ли реакция восстановления Fe₂O₃ углеродом при температуре 500⁰ или 1000⁰ К?

Р е ш е н и е.

Н⁰_{х. р.}= [3(-110,52)+2·0]-[-882,10+3·0] = -331,56 - 882,10 = +490,54 кДж;

S⁰_{х. р.}= (27,2 + 3·197,91) - (89,96 + 3·5,69)= 541,1 Дж/К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения

G⁰_т = Н⁰ – Т S:

G₅₀₀=490,54 - 500 = + 219,99 кДж;

G₁₀₀₀=490,54 – 1000 = - 50,56 кДж.

Так как G₅₀₀>0, а G₁₀₀₀<0, то восстановление Fe₂O₃углеродом возможно при 1000 ⁰К и невозможно при 500 ⁰К.

Контрольные задания

181. Вычислите G⁰₂₉₈ для следующих реакций:

а) 2 NaF_(к) + CI_2(г) = 2 NaCI_(к) + F_2(г)

б) PbO_2(к) + 2 Zn_(к) = Pb_(к) + 2 ZnO_(к)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO₂цинком по реакции (б)?

182. При какой температуре наступит равновесие системы:

4 НCI_(г) + О_2(г) 2 Н₂О_(г) + 2 СI_2(г); Н = - 114,42 кДж?

183. Восстановление Fe₃O₄ оксидом углерода (II) идет по уравнению:

Fe₃O_4(к) + СО_(г) = 3 FeО_(к) + СО_2(г)

Вычислите G⁰₂₉₈и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно S⁰₂₉₈ в этом процессе?

184. Реакция горения ацетилена идет по уравнению:

С₂Н_2(г) + ⁵/₂О_2(г) = 2 СО_2(г) + Н₂О_(ж)

Вычислите ∆G⁰₂₉₈ и ∆S⁰₂₉₈. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

185. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите ∆S⁰₂₉₈ для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

186. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция: Н_2(г) + СО_2(г) = СО_(г) + Н₂О_(ж); ∆Н = - 2,85 кДж? Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите ∆G⁰₂₉₈ этой реакции.

187. При какой температуре наступит равновесие системы:

СН_4(г) + СО_2(г) = 2 СО_(г)+2 Н_2(г); ∆Н = 247,37 кДж?

188. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению: NH_3(г) + HCI_(г) = NH₄CI_(к). Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

189. При какой температуре наступит равновесие системы:

СО_(г)+2 Н_2(г) СН₃ОН_(ж); ∆Н = -128,05 кДж?

190. Какая - прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе:

2 NO_(г) + O₂ _(г) 2 NO_2(г)

Ответ мотивируйте, вычислив ∆G⁰₂₉₈ прямой реакции.

191. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите значение ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению: 4 NH_3(г) + 5 O_2(г) = 4 NO_(г) + 6H₂O_(г). Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

192. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению СО_2(г) + 4 Н_2(г) = СН_4(г) + 2 Н₂О_(ж). Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

193. Вычислите Н⁰, S⁰, и ∆G⁰ реакции, протекающей по уравнению: Fe₂O_3(к) + 3 Н_2(г) = 2 Fe_(к)+3 Н₂О_(г). Возможна ли реакция восстановления Fe₂O₃ водородом при температурах 500 и 2000 К?

194. Какие из карбонатов: ВеСО₃ или ВаСО₃ можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО₂? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив ∆G⁰₂₉₈ реакции.

195. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите G⁰₂₉₈реакции, протекающей по уравнению: СО_(г)+3 Н_2(г) = СН_4(г) + Н₂О_(г). Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

196. Вычислите Н⁰, S⁰, и ∆G⁰реакции, протекающей по уравнению:

TiO_2(к) + 2 C_(к) = Ti_(к) + 2CO_(г)

Возможна ли реакция восстановления TiO₂ углеродом при температурах 1000 и 3000 К?

197. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G⁰₂₉₈реакции, протекающей по уравнению

С₂Н_4(г) + 3 О_2(г) = 2 СО_2(г) + 2 Н₂О_(ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

198. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe₃O₄, протекающая по уравнению:

Fe₃O_4(к) + СО_(г) = 3 FeО_(к) + СО_2(г); Н= 34,55 кДж

199. Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению:

РСI_5(г) = PCI_3(г) + CI_2(г); Н = +92,59 кДж.

200. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям: 2 CH_4(г) = C₂H_2(г) + 3 H_2(г)

N_2(г) + 3 H_2(г) = 2 NH_3(г)

C _{(графит)} + O_2(г) = CO_2(г)

В каких случаях воможно протекание прямой реакции?

201. В организме человека этанол окисляется в две стадии: до уксусного альдегида (∆ H º = -256 кДж/моль), а затем до уксусной кислоты (∆ H º = -237 кДж/моль). На основании закона Гесса рассчитайте энтальпию окисления этанола до уксусной кислоты. Сформулируйте закон Гесса.

202. Стандартная энтальпия растворения сульфата меди равна – 66,5 кДж/моль; стандартная энтальпия гидратации до пентагидрата равна - 78,22 кДж/моль. Вычислите стандартную энтальпию растворения пентагидрата. Что называют энтальпией растворения?

203. Рассчитайте тепловой эффект реакции спиртового брожения глюкозы:

C₆H₁₂O₆→ 2 C₂H₅OH + 2 CO₂, используя стандартные энтальпии сгорания.

204. Используя стандартные энтальпии образования вычислите, сколько теплоты выделится при разложении 54 г глюкозы по реакции:

C₆H₁₂O₆₍_к₎→ 2 C₂H₅OH₍_ж₎ + 2 CO₂₍_г₎.

205. Среднесуточная потребность в белках, жирах и углеводах у студентов составляет соответственно: 113, 106 и 415 г. Найдите суточную потребность в энергии у студентов.

206. Определите калорийность 350 г пищевого продукта, содержащего 50% воды; 30% белка, 15% жиров, 5% углеводов. Что такое калорийность?

207. Рассчитайте массу углеводов, необходимую для восполнения энергии, затраченной при выделении 800 г воды через кожу, если для испарения 1 моль воды требуется 40,7 кДж.

208. Вычислите энергию Гиббса реакции гидролиза АТФ до АДФ и неорганического фосфата: АТФ + Н₂О АДФ + Н₃РО₄ в условиях, характерных для мышечной клетки, находящейся в состоянии покоя: [АТФ] = 0,005 моль/л; [АДФ] = 0,0005 моль/л; [Н₃РО₄] = 0,005моль/л, t = 37ºС. Константа реакции гидролиза при указанной температуре равна 8,92·10⁴. Оцените результат.