Вопрос 6

Энергия Гиббса - это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции

Для расчёта для процесса необходимо:

• Записать соответствующий процесс, указав агрегатные состояния веществ, участвующих в реакции

• Расставить стехиометрические коэффициенты

• Выписать из справочника величины стандартных теплот образования и стандартных энтропий всех участвующих в реакции веществ в соответствующих агрегатных состояниях

• Рассчитать значения и реакций, как указано выше, и, подставив их в уравнение найти значение .

По величине изменения энергии Гиббса в реакции можно судить о принципиальной термодинамической возможности осуществления процесса.

Если , то такой процесс термодинамически возможен. Чем более отрицателен , тем в большей степени реакция протекает в направлении образования продуктов реакции.

Если , то процесс приводит к увеличению энергии Гиббса и такая реакция термодинамически невозможна.

Если , то начальные условия в системе соответствуют равновесию.

Примеры:

1) Определите, возможна ли реакция взаимодействия водяного пара с хлором.

a) при стандартных условиях б) при 1000К

Для определения термодинамической возможности протекания реакции при 1000К нужно вычислить энергию Гиббса реакции при этой температуре. Записываем табличные значения теплот образования и абсолютных стандартных энтропий исходных веществ и продуктов реакции.

, кДж/моль -241,8 0 -92,3 0

, Дж/(моль*K) 188,7 222,9 186,8 205,0

Рассчитываем энтальпию реакции при 298К.

Вычисляем энтропию реакции при 298 К.

Находи энергию Гиббса реакции при 1000 К по уравнению:

Для определения температуры, при которой реакция становится термодинамически возможной, используем условие:

или

откуда

2) Рассчитайте давление разложения по реакции при температуре 200

, кДж/моль -276,6 -219,3 0

, Дж/(моль*K) 74,9 66,1 205,0

Давление разложения для данной реакции будет равно давлению кислорода

Для определения давления разложения будем использовать уравнение и выражение константы равновесия для данной реакции.

Из последнего выражения находим давление кислорода:

Константу равновесия можно выразить зная энергию Гиббса реакции при данной температуре. Переведём температура в градусы Кельвина:

T = 273 + 200 = 473 K

Вычисляем энергию Гиббса реакции при 473 К

Выражаем из уравнения константу равновесия реакции:

Тогда давление разложения будет равно:

Вопрос 7

Химическая термодинамика - это область химии, изучающая химические реакции, фазовые переходы, а также превращения энергии в различных химических процессах, направление и пределы их самопроизвольного протекания.

Основным объектом изучения термодинамики является система, под которой понимают совокупность объектов, отделённую от всех других, которая подвергается теоретическому или экспериментальному изучению. Внешняя среда - объекты, окружающие систему.

В превращениях, протекающих в ходе химических реакций, участвуют, как правило, тепловая энергия Q и механическая (или работа) А. Теплота и работа измеряются в джоулях(дж) и т.д.

Состояние системы и происходящие в ней изменения характеризуются функциями состояния (внутренняя энергия (U), энтальпия (H), энтропия (S), энергия Гиббса (G)) зависящими от параметров состояния системы и не зависящих от пути перехода системы из одного состояния в другое.

Под внутренней энергией системы(U) в термодинамике понимают её полную энергию, которая складывается из энергии поступательного, колебательного и вращательного движения, энергии притяжения и отталкивания всех частиц системы, исключая потенциальную энергию её положения и кинетическую энергию движения системы как целого. Поскольку не определён условный нуль для внутренней энергии, то установить можно лишь её изменение как разность значение внутренней энергии системы в конечном и начальном состоянии.

Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики: