4. Расчет и построение графической зависимости стандартного теплового эффекта реакции от температуры

Чтобы получить уравнение зависимости теплоты реакции от температуры в виде степенного ряда, воспользуемся уравнением Кирхгофа:

dΔH°/dT = Δ_rC_p , где

Δ_rC_p – изменение теплоемкости в ходе химической реакции.

Для того, чтобы получить уравнение зависимости теплоты реакции от температуры проинтегрируем уравнение Кирхгофа с использованием выражения ΔС_р в виде полученного степенного ряда. Получим уравнение:

Δ_rH° = ΔH_j + Δ_raT + Δ_rbT²/2 + Δ_rcT³/3 -Δ_rc`*T^-1

где ΔH_j – константа интегрирования, которую необходимо предварительно рассчитать. Для этого воспользуемся значением стандартного теплового эффекта при температуре 298,15 К и, соответственно, Т = 298,15 К.

Δ_rH°₂₉₈ =ΔH_j +Δ_ra*298,15 + Δ_rb(298,15)²/2 + Δ_rc(298,15)³/3)- Δ_rc`*T^-1

136970 = ΔH_j + 32,85*298,15 - 0,04984*(298,15)²/2 + 0,00001995*(298,15)³/3-

-50000/298,15

ΔH_j= 129382,449 Дж/моль

Теперь мы имеем уравнение для расчета теплового эффекта реакции при любой температуре в пределах, определенных интервалами температур для Ср,k:

Δ_rH°_т= 129382,449+ 32,85T -0,02492T² + 0,00000665T³ -50000*T^-1

Рассчитаем тепловой эффект в интервале температур T=1075-1475K с шагом в 50 градусов. Полученные значения внесем в таблицу 2 и построим график Δ_rH°_т = f(T).

5.Построение графика функции Нr0(t)

T,K	ΔrH°т, Дж/моль
1075	144112,787
1125	144223,337
1175	144321,329
1225	144411,774
1275	144499,676
1325	144590,039
1375	144687,863
1425	144798,146
1475	144925,887

6. Расчет изменения стандартной энтропии реакции при Т=298,15 К

По данным об абсолютных значениях энтропии участников реакции найдем изменение энтропии реакции: Δ_rS°₂₉₈ = Σν_iS°_{i,298 прод} – Σν_jS°_{j,298 реаг}

Δ_rS°₂₉₈ =219,45+130,52-229,49 = 120,48 Дж/моль*К

Энтропия – это функция, которая характеризует «порядок» в системе – чем больше значение энтропии, тем больше в системе «беспорядок». В данном случае при протекании реакции энтропия уменьшилась.

7. Расчет изменения стандартной энергии Гиббса при Т=298 К

Рассчитаем изменение стандартной энергии Гиббса при Т=298 К в Дж/моль по уравнению и сделаем вывод о направлении протекания реакции при исходных условиях: Δ_rG°₂₉₈ = Δ_rH°₂₉₈ - TΔ_rS°₂₉₈

Δ_rG°₂₉₈ = 136970 - 298,15*120,48 = 101048,888 Дж/моль

Энергия Гиббса является критерием самопроизвольного протекания процесса. Полученное изменение энергии Гиббса больше нуля, значит при Т=298,15К реакция не может идти в сторону образования продуктов.

8. Расчет констант равновесия при р=1 атм. и Т=298 К

Рассчитаем lnK_p,298 , K_p,298 , K_c при Т=298,15 К:

Из уравнения ΔG°_т = -RTlnKp найдем значение lnK_p = - Δ_rG°₂₉₈/RT ,

lnK_p = -101048,888 / 8,314×298,15 =-40,7624299; K_p =1,982×10^-18

а, используя соотношение между К_р и К_с, найдем значение К_с: К_р = К_с(RT)^Δν , где Δν = Σν_i – Σν_j.

K_c = 1,982×10^-18/(0,082×298,15) =8,107×10^-20