Семинары (2) (791989), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Отметьте на графике область температур, прикоторых протекает эта реакция.7. Домашнее задание.1. Для термического разложения нитрата аммония предложено два возможных пути:1) NH4NO3 (тв) = NH3 (г) + HNO3 (г)2) NH4NO3 (тв) = N2O (г) + 2H2O (г)Используя нижеприведенные термодинамические данные, определите, по какому путипротекает процесс. Ответ подтвердите расчетом rG0298.Таблица 2.4. Термодинамические характеристики NH4NO3 и возможных продуктов еготермического разложения.NH4NO3 (тв) NH3 (г)HNO3 (г)N2O (г)H2O (г)fH0298, кДж/моль–365–46–13582–242S0298, Дж/моль●К1511932672201892.

При взаимодействии NO и Cl2 по реакции 2NO (г) + Cl2(г) = 2NOCl (г) при некоторойтемпературе в системе устанавливается равновесие, причем при повышении температурывыход NOCl уменьшается. Дайте обоснованные ответы на следующие вопросы.1) Как изменяется (увеличивается или уменьшается) энтропия в ходе этой реакции?2) Как изменяется (увеличивается или уменьшается) энтальпия в ходе этой реакции?3) Изобразите схематически график зависимости G0 = f(T) для данной реакции впредположении, что H0 f(T) и S0  f(T). Отметьте на графике область температур, прикоторых протекает эта реакция.4) Чему равна величина Qp – QV для этой реакции при температуре 400°С?17Семинар 3.

Химическое равновесие.План семинара1. Обобщенное выражение для 1 и 2 законов термодинамики.2. Химический потенциал. Активность.3. Константа равновесия. Уравнение изотермы реакции.4. Принцип Ле Шателье. Смещение равновесия.5. Задачи.6. Домашнее задание.1. Обобщенное выражение для 1 и 2 законов термодинамики.G = U + pV – TS (по определению)Условие 1: T = constG = U + pV + Vp – TS – ST = U + pV + Vp – TS (T = 0) (1)1 закон термодинамики: Q = U + pV2 закон термодинамики: Q = TSОбобщение: U + pV = TS или U = TS – pV2. Химический потенциал. Активность.Подставим обобщенное выражение в выражение (1)G = U + pV + Vp – TS = TS – pV + pV + Vp – TS = Vp (2)В соответствии с уравнением Клапейрона-Менделеева pV = RTУсловие 2.

 = 1 мольТогда V = RT/p, подставляем это в выражение (2), получимG = Vp = RTp/pПереходя к бесконечно малым приращениям, имеем dG = RTdp/p = RTd(lnp)Интегрируем левую и правую части от p0 (стандартное состояние) до p118p1p1p0p0 dG = RT  d ln pG = G 0 + RTln(p1/p0)G - парциальная мольная энергия Гиббса – энергия Гиббса в расчете на 1 мольвещества (см.

условие 2) – химический потенциал .p1/p0 = a – активность.Тогда  = 0 + RTlnaВажные пояснения:0 – стандартный потенциал, зависит только от природы вещества итемпературы (см. условие 1 – вывод выражения проводили при T = const, т.е. сизменением температуры величина будет изменяться).p0 = 1 атм – стандартное состояние.Величина а = p1/p0 безразмерна, так как представляет собой отношение двухвеличин, выраженных в одних и тех же единицах (обычно в атмосферах, так какв стандартных условиях давление равно 1 атм).Для газов активность численно равна парциальному давлению газа в смеси, вразбавленных растворах активность численно равна мольной концентрации(выраженной в моль/л), для чистых твердых и жидких веществ активностьравна 1.3.

Константа равновесия. Уравнение изотермы реакции Вант-Гоффа.Пусть A, B, C, D – газы, между которыми протекает реакция. В общем виде ее можнозаписать как kA + lB  mC + nD (k, l, m, n – коэффициенты в уравнении реакции)Тогда изменение энергии Гиббса в ходе этой реакции можно записать следующимобразом:G = m (0C + RTlnaC) + n (0D + RTlnaD) – k (0A + RTlnaA) – l (0B + RTlnaB) == (m0C + n0D – k0A – l0B) + RT ln (pCmpDn/pAk pBl)(m0C + n0D – k0A – l0B) = G0 (по определению химического потенциала), отсюдаG = G0 + RT ln (pCm pDn/pAk pBl) (уравнение изотермы химической реакции Вант-Гоффа)19Если достигнуто состояние равновесия, т.е.

G = 0, тоG0 = - RT ln ([pC(равн.)]m[pD(равн.)]n/[pA(равн.)]k[pB(равн.)]l) = -RTlnKK – константа равновесияВажные пояснения: Константа равновесия – величина положительная. Чем больше ее значение, тем вбольшей степени протекает прямая реакция (и наоборот). В выражение для константы равновесия входят равновесные парциальныедавления (активности) компонентов, то есть парциальные давления (активности)в состоянии равновесия. Если состояние равновесия не достигнуто, необходимопользоваться уравнением изотермы химической реакции. Активности чистых твердых (жидких) компонентов равны 1, поэтому в выражениедля константы равновесия реакции они не входят. Константа равновесия – величина безразмерная, потому что все ее составляющиемножители также безразмерны. Константа равновесия зависит только от природы реагирующих веществ итемпературы (аналогично 0).

От давления и концентрации, а такжеприсутствия катализатора константа равновесия не зависит!Температурная зависимость константы равновесия.G0 = –RTlnK = H0 – TS0ln K = – H0/RT + S0/Rесли принять, что H0  f(T) и S0  f(T), то ln K = f(1/T) – уравнение прямой, для которой–H0/R – тангенс угла (α) ее наклона к оси абсцисс.Таблица 3.1. Взаимосвязь знака H0 и вида угла α.Случай Знак H0 Знак tg α Вид угла αа)+–тупойб)–+острый20Рис. 3.1. Графики зависимости ln K = f(1/T) для обоих случаев.4.

Принцип Ле Шателье. Смещение равновесия.Принцип Ле Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия,оказывается внешнее воздействие, то равновесие в системе смещается таким образом,чтобы ослабить это воздействие до тех пор, пока не установится новое равновесие.Таблица 3.2.

Влияние различных факторов на положение равновесия.ФакторНаправление смещения равновесияУвеличение температурыВ сторону процесса с H>0Увеличение давленияВ сторону уменьшения числа моль газовУвеличениеконцентрации В сторону образования продуктов реакцииисходных веществУвеличениеконцентрации В сторону образования исходных веществпродуктов реакцииВведение катализатораРавновесие не смещается, так как катализатор одинаковоускоряет и прямую, и обратную реакциюВажное замечание: следует помнить, что из вышеприведенных факторов численноезначение константы равновесия изменяется только при изменении температуры. Востальных случаях (при изменении давления или концентраций) устанавливается новоеравновесие с тем же значением константы.215.

Задачи.На семинаре.Задача 1. При взаимодействии паров воды с раскаленными железными опилкамиполучается водород:3Fe (тв) + 4H2O (г)  Fe3O4 (тв) + 4H2 (г)При 950 К устанавливается равновесие, причем равновесная газовая смесь (общеедавление 1 атм) содержит 42.3 объемных % водорода.1) Запишите выражение для константы равновесия этой реакции.2) Вычислите значения К и G0 для этой реакции при заданной температуре.3) Как изменяется (увеличивается или уменьшается) энтропия в ходе этой реакции?4) Как изменяется (увеличивается или уменьшается) энтальпия в ходе этой реакции?5) Изобразите схематически график зависимости G0 = f(T) для данной реакции впредположении, что H0  f(T) и S0  f(T). Отметьте на графике область температур, прикоторых протекает эта реакция.Задача 2.

Определите, будет ли самопроизвольно идти реакция 2SO2 (г)+O2 (г)  2SO3 (г)при 1000 К, если парциальные давления компонентов смеси равны p(SO2) = 0.5 атм,p(O2) = 0.8 атм, p(SO3) = 0.9 атм. Воспользуйтесь также данными таблицы. Считайте, чтоH0  f(T) и S0  f(T)Таблица 3.3. Стандартные энтальпии и энтропии образования участников реакции.SO2O2fH0298, кДж/моль –296.8 0S0298, Дж/моль●К248.1SO3–396.1205 256.1Указание: воспользуйтесь уравнением изотермы реакции Вант-Гоффа.Задача 3. Трифторид хлора разлагается по уравнению реакции:ClF3 (г)  ClF (г) + F2 (г)Известно, что при 600°С и общем давлении в системе 1 атм устанавливается равновесие,причем степень превращения (α) ClF3 (т.е.

отношение числа распавшихся молекул кисходному числу молекул) равна 0.84.221) Рассчитайте значение константы равновесия.2) Как изменяется (увеличивается или уменьшается) энтропия в ходе этой реакции?3) Как изменяется (увеличивается или уменьшается) энтальпия в ходе этой реакции?4) Изобразите схематически график зависимости ln K = f(1/T) для данной реакции впредположении, что H0  f(T) и S0  f(T).5) Чему равна величина Qp – QV для этой реакции при указанной температуре?Указание: примем исходное количество вещества ClF3 равным 1 моль.

Характеристики

Список файлов семинаров