Основы физической химии (стр. 2 из 2)

∆

(450) = -572390-450*(-565,32)=-317,996 кДж

При увеличении температуры на 152 К, энергия Гиббса увеличилась на 87,194 кДж, отсюда следует, что чем больше температура, тем больше энергия Гиббса. В закрытой системе изобарно-изотермический процесс остался самопроизвольным, т.к. ∆G<0. Дальнейшее повышение температуры не выгодно, т.к. ∆G стремится к нулю и процесс от самопроизвольного перейдет в равновесный, а затем в не самопроизвольный.

Расчет изохорно-изотермического потенциала (DF):

а) в стандартных условиях

1 способ:

∆F = ∆U-T∆S

∆F(298)=-571130-298*(-581,79)=-397,76 кДж

2 способ:

∆F(298)=∆G-∆nRT

∆F(298)=-405,13-(-3)*298*0,008314=-397,7 кДж

%ош.=((-397,76+397,7)/(-397,76))*100=0,02%,

т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.

Вывод: В закрытой системе при стандартных условиях изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ∆F<0.

б) при заданной температуре

1 способ:

∆F(450)= -561170-450*(-565,32)=-306,78 кДж

2 способ:

∆F(450)=-317,996-(-3)*450*0,008314=-306,78 кДж

%ош.=((-306,78-306,78)/(-306,78))*100=0%,

т.к процент ошибки равен нулю, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.

Вывод: При увеличении температуры энергия Гельмгольца увеличилась. В закрытой системе изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно.

Вывод:

Т, К	∆Н, кДж	∆U, кДж	∆G,кДж/моль	∆F, кДж	∆S, Дж
298	-578,56	-571,13	-405,19	-397,76	-581,79
450	-572,39	-561,17	-317,996	-306,78	-565,32

С увеличением температуры тепловые эффекты изобарно-изотермического и изохорно-изотермического процессов увеличились.

В данной работе ∆Н, ∆S, ∆G получились отрицательными, отсюда следует, что процесс протекает самопроизвольно, но при невысоких температурах.

При увеличении температуры энергия Гиббса и энергия Гельмгольца увеличились, значит система стремиться к равновесию (в условиях равновесия ∆F, ∆G достигают минимума).

2. Задание: Определить ΔH, ΔU, ΔS, ΔF, ΔG, реакции при постоянном давлении P=1.013 * 10⁵ Па.

СdO₍_т₎ + H₂SO₄₍_ж₎ = CdSO_{4 (}_т₎ + H₂O ₍_г₎

Реакция протекает при температуре 511 градусов Цельсия .

Исходные данные

Вещест-во	ΔHf^˚₂₉₈кДж/моль	S^˚₂₉₈Дж/моль*К	ΔGf^˚₂₉₈кДж/моль	С_р298Дж/моль*К	Коэф. уравненияС_р^˚= f(T)
Вещест-во	ΔHf^˚₂₉₈кДж/моль	S^˚₂₉₈Дж/моль*К	ΔGf^˚₂₉₈кДж/моль	С_р298Дж/моль*К	a	b * 10³	c΄ * 10^-5
H₂O	-241,81	188,72	-228,61	33,61	30,00	10,71	0,33
CdO	-258,99	54,81	-229,33	43,64	48,24	6,38	-4,90
H₂SO₄	-813,99	156,90	-690,14	138,91	156,9	28,3	-23,46
CdSO₄	-934,41	123,05	-828,88	99,62	77,32	77,40	-

2.1 Расчёт теплового эффекта реакции

Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях

ΔН_r^˚₍₂₉₈₎= (ΔН_f^˚₍₂₉₈₎_CdSO₄ + ΔН_f^˚₍₂₉₈₎_H₂_O) – (ΔН_f^˚₍₂₉₈₎_CdO+ ΔН_f^˚₍₂₉₈₎_H₂_SO₄)

ΔН_r^˚₍₂₉₈₎= (-934,41 – 241,81) – (-258,99 – 813,99) = -103,24 кДж.

Вывод: При реакции в стандартных условиях ,произошло выделение тепла в количестве 103,24 кДж как следствие реакция является экзотермической.

Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре

ΔH_(T) = ΔН_r^˚₍₂₉₈₎ +

;

Δa = ( Δa_CdSO₄+ Δa_H₂_O)- ( Δa_CdO+ Δa_H₂_SO₄)

Δa = (77,32+30,00) – (48,94+156,90) = -97,82 ;

Δb = (Δb_CdSO₄+ Δb_H₂_O)- (Δb_CdO+ Δb_H₂_SO₄)

Δb = (77,40+10,71) – (6,38+28,30) = 53,43 * 10^-3

Δc΄ =( Δc΄_CdSO₄+ Δc΄_H₂_O)- (Δc΄_CdO+ Δc΄_H₂_SO₄)

Δc΄ = (0 + 0.33) – (-4,90-23,46) = 28,69 * 10⁵

Δc = 0, т.к. все вещества неорганические.

ΔH₍₅₁₁₎ = -103,24 * 10³ +

= -103,24 * 10³ + (-97,82) * (511-298) +

* (511² – 298²) +

-103240 – 20835,66 + 4603,45 + 4050,80 = -115,42 kДж.

Вывод: Увеличение температуры привело к увеличению количества теплоты выделившегося в следствии реакции.

Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях

ΔU = ΔН – ΔnRT

Δn = Δn_кон. – Δn_нач

Δn=1-0=1

Газовая постоянная R = 8.314 Дж/моль*К

ΔU₍₂₉₈₎= ΔН_r^˚₍₂₉₈₎–Δn*R*T

ΔU₍₂₉₈₎ = -103,24 * 10³-1 * 8,314 * 298 = -103240 – 2477,57 = -105,72 кДж.

Вывод: Внутренняя энергия реакции в изохорном процессе составила 100,76 килоджоуля.

Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре

ΔU₍₅₁₁₎= ΔН_r^˚₍₅₁₁₎–Δn*R*T

ΔU₍₅₁₁₎ = -115,42 * 10³- 1 * 8,314 * 511 = -115420– 4248,45= - 119,67 кДж.

Вывод: Как и в изобарном процессе увеличение температуры приводит к увеличению внутренней энергии реакции на 18,91 кДж.

2.2 Определение направления протекания химического процесса

Определение направления протекания данной реакции в изолированной системе

Определение направления протекания реакции в стандартных условиях

ΔS^˚₍₂₉₈₎= (S₍₂₉₈₎_{Cd SO4} + S₍₂₉₈₎_H2O) – (S₍₂₉₈₎_{Cd O} + S₍₂₉₈₎_H2SO4)

ΔS^˚₍₂₉₈₎ =(123,05+188,72)-( 54,81+156,90)= 100,06

Вывод: Так как энтропия S больше ноля 100,06>0 то процесс реакции в изолированной системе протекает самопроизвольно без внешнего воздействия. Определение направления протекания реакции при заданной температуре.

ΔS₍_T₎ = ΔS^˚₍₂₉₈₎ +

;

ΔS₍₅₁₁₎= 100,06 +

= 100,06 – 97,82

+ 53,43 * 10^-3

+ 28,69 * 10⁵

= 100,06 – 97,82

+ 53,43 * 10^-3* (511-298) +

= 121,66

Вывод: Изменение температуры привело к увеличению энтропии по сравнению с процессом при стандартных условиях . Следовательно повышение температуры ведёт к увеличению неупорядоченности и увеличению количества соударений молекул при реакции.

Определение направления протекания химического процесса в закрытой системе

Расчёт изобарно – изотермического потенциала в стандартных условиях

ΔG_r^˚₍₂₉₈₎= (G₍₂₉₈₎_{Cd SO4} + G₍₂₉₈₎_H2O) – (G₍₂₉₈₎_{Cd O} + G₍₂₉₈₎_H2SO4)

ΔG_r^˚₍₂₉₈₎= (-823,88 – 228.61) – (-229,33 – 690.14) = -133,02 кДж/моль.

Вывод: Изобарно – изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ΔG_r^˚< 0 ; -133,02<0 .

Произведем расчет изобарно – изотермического потенциала по другой формуле:

ΔG_r^˚₍₂₉₈₎= ΔН_r^˚₍₂₉₈₎- Т* ΔS^˚₍₂₉₈₎

ΔG_r^˚₍₂₉₈₎= -103,24 * 10³– 298 * 100,06 = -133,06 кДж/моль.

Найдем процент ошибки:

% ошибки =

Расчет можно производить любым способом, т.к. процент ошибки не существенен. Расчёт изобарно – изотермического потенциала при заданной температуре

ΔG_r^˚₍₅₁₁₎= ΔН_r^˚₍₅₁₁₎- Т* ΔS^˚₍₅₁₁₎

ΔG_r^˚₍₅₁₁₎ = -119,46 * 10³– 511 * 121,66 = -181,63 кДж/моль.

Вывод: Увеличение температуры никак не повлияло на процесс реакции в закрытой системе, она по прежнему идёт самопроизвольно ΔG_r^˚< 0; -181,63<0. Расчёт изохорно – изотермического потенциала в стандартных условиях.

ΔF₍₂₉₈₎ = ΔU₍₂₉₈₎ – T* ΔS^˚₍₂₉₈₎

ΔF₍₂₉₈₎ = -105,72 * 10³– 298 * 100,06 = -135,53 кДж.

Вывод: Изохорно – изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ΔF< 0 ; -135,53<0

Расчёт изохорно – изотермического потенциала при заданной температуре

ΔF₍₅₁₁₎ = ΔU₍₅₁₁₎ – T* ΔS^˚₍₅₁₁₎

ΔF₍₅₁₁₎ = - 123,70 * 10³– 511 *121,66 = -185,87кДж.

Вывод: Изменение температуры привело к уменьшению потенциала по сравнению с процессом при стандартных условиях, а это означает что глубина реакции в закрытой системе увеличилась ΔF< 0 ; -185,87>0.

Вывод

Рассмотренная реакция оксида кадмия и серной кислоты идёт самопроизвольно на это указывают все характеристики реакции, а рассмотренное увеличение температуры реакции её ничуть не замедляет. Всё это позволяет сделать вывод о том что увеличение температуры реакции позволяет увеличить её глубину и полноту. При этом реакция останется самопроизвольной.

T, K	ΔH, кДж	ΔU, кДж	ΔS,	ΔG, кДж/моль	ΔF, кДж
298	-103,24	-105,72	100,06	-133,02	-135,53
511	-115,42	-119,67	121,66	-181,63	-185,87