Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Направленность химических процессов





Химические процессы могут протекать самопроизвольно (без затрат энергии извне) и несамопроизвольно (требуют для своего осуществления затрат энергии). Направление, в котором самопро­извольно протекает химическая реакция, определяется совместным действием двух факторов: 1) стремлением системы к минимуму энергии (при Р = const к минимуму энтальпии); 2) стремлением системы к достижению наиболее вероятного состояния, т.е. со­стояния, которое может быть реализовано наибольшим числом равновероятных способов (микросостояний, характеризующихся определенным состоянием каждой частицы, входящей в состав системы).

Мерой вероятности состояния системы (неупорядоченности системы) является энтропия S - величина, пропорциональная лога­рифму числа равновероятных микросостояний, которыми может быть реализовано данное макросостояние, характеризующееся макроскопическими свойствами системы (температура, давление, объем и т.п.). Чем больше неупорядоченность, тем больше энтро­пия и наоборот. Энтропию относят к 1 моль вещества и она имеет размерность Дж/(моль∙К). Для большинства веществ определены и сведены в таблицы термодинамических констант стандартные зна­чения (Р = 1,013∙105 Па) энтропии S0298, полученные при 250С. Да­лее S0298, будут обозначаться просто S0, с указанием вещества, к ко­торому они относятся. Например S0O2 = 205,0 Дж/(моль∙К); S0CO2 = 213,8 Дж/(моль∙К).



Изменение энтропии химической реакции S0 определяется аналогично Н0г разностью сумм энтропии продуктов реакции и эн­тропии исходных веществ:


где ni - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Функцией состояния, одновременно отражающей влияние
обеих упомянутых выше тенденций на направление протекания
химических процессов, служит энергия Гиббса, связанная с эн-­
тальпией и энтропией соотношением

G = H-TS,

где Т - абсолютная температура. Энергия Гиббса имеет ту же раз­мерность, что и энтальпия, и выражается, в джоулях (Дж) и килод­жоулях (кДж).

Уравнение, отражающее связь возможности протекания хими­ческой реакции в системе с происходящими при этом изменениями Н и S, имеет вид:

∆G0r = ∆H0r-T∆S0г,

где ∆G°r — изменение стандартной энергии Гиббса химической ре­акции или просто стандартная энергия Гиббса химической реакции.

Как и в случае с ∆Н и ∆S, изменение энергии Гиббса ∆G в ре­зультате химической реакции равно сумме энергий Гиббса образо­вания продуктов реакции за вычетом суммы энергий Гиббса обра­зования исходных веществ; суммирование производят с учетом числа молей участвующих в реакции веществ

При постоянстве температуры и давления химические реакции могут протекать самопроизвольно только в таком направлении, при котором энергия Гиббса системы уменьшается (∆G0r < 0). Чем меньше ДО°Г, тем больше вероятность протекания данного процес­са. При ∆G0r > 0 реакция самопроизвольно не идет в прямом на­правлении, но возможно самопроизвольное протекание в обратном направлении. Таким образом, ∆G0r, является критерием направлен­ности химических процессов.

Если для какой-то реакции ∆Н < 0 (экзотермическая реакция), а ∆S > 0, то в соответствии с уравнением следует, что реакция мо­жет самопроизвольно протекать при любых температурах. Если ∆Н < 0 и ∆S < 0, то реакция возможна при условии, что член ∆Н в уравнении для энергии Гиббса больше по абсолютному значению, чем член Т∆S; поскольку абсолютное значение членаТ∆S с ростом множителя Т увеличивается, то указанное условие будет действо­вать при достаточно низких температурах. Иначе говоря, при низ-


ких температурах наиболее вероятно самопроизвольное протекание экзотермических реакций, даже если при этом энтропия системы уменьшается.

При высоких температурах наиболее вероятно протекание ре­акций, сопровождающихся возрастанием энтропии, в том числе и эндотермических.

Для определения возможности протекания процесса при дан­ных условиях надо определить знак ∆G0r. С этой целью в справоч­ных таблицах термодинамических величин находятся стандартные значения ∆H0f и ∆S0 веществ, участвующих в реакции, по которым вычисляют ∆G0r в соответствии с приведенной выше формулой.

Для расчета можно использовать табличные значения ∆G0f об­разования химических соединений, которые соответствуют изме­нению энергии Гиббса реакции образования 1 моль данного вещества в стандартном состоянии из простых веществ, также взятых в стандартных состояниях. Величины ∆G0f образования простых ве­ществ приняты равными нулю. Табличные значения стандартных величин ∆G0f образования простых веществ приводятся для 25°С (298 К) и обозначаются ∆G0f,298 с указанием соединения, к которо­му они относятся.

Например: ∆G0f, Fe2O3(к) = -740,8 кДж/моль. В этом случае ∆G0r вычисляют из формулы:

где ni - стехиометрические коэффициенты перед соответствующим веществом в уравнении реакции.

Пример 1. Предскажите знак изменения энтропии ∆S0r в при­веденных реакциях:

Решение.

1) ∆S0r > 0, так как в результате реакции образуется газообраз­-
ный кислород, а исходное вещество было кристаллическим, т.е. не­
упорядоченность в системе возрастает.

2) ∆S0 г < 0, так как в реакцию вступает 3 моль газов, а образу­-
ются 2, т.е. число частиц газообразных веществ уменьшается, в
системе растет упорядоченность.


Пример 2. Можно ли получить металлический кадмий из сульфида кадмия (П) восстановлением оксида углерода (П) по ре­акции:

2CdS (к) + 2СО(г) = СО2(г) + CS2(г) + 2Cd(к). Решение.

Ответ на вопрос задачи дает вычисление энергии Гиббса, рас­сматриваемой реакции. Проще всего воспользоваться табличными значениями энергии Гиббса образования соответствующих ве­ществ:

∆G0f, Cd = -153,16 кДж/моль;

∆G0f, CO = -137,15 кДж/моль;

∆G0f, CO2 = -394,37 кДж/моль.

∆G0f, CS2 = 66,65 кДж/моль.

Вычисляем ∆G0 г.реакции:

∆Gr = ∆G0 f,CO2+ ∆G0f, CS2 - 2∆G0f, CdS - 2∆G0f, CO = -394,37 + 66,65 -

- 2(-153,16) - 2(-137,15) = 252,88 кДж.

∆G0r > 0, следовательно, данная реакция в стандартных усло­виях протекать не может и металлический кадмий таким способом получить нельзя.

Пример 3. Прямая или обратная реакция будут протекать при стандартных условиях в системе:

2NO2 (г) = 2NO (г) + О2(г), ∆Нг = 113,2 кДж.

Решение. Для ответа на этот вопрос следует вычислить ∆G0r прямой реакции: ∆G0r = ∆Н0г - T∆S0r, ∆Н0г по условию задачи из­вестно, Т = 298 К, так как условия стандартные. Следовательно, необходимо вычислить ∆S0r, используя табличные значения энтро­пии соответствующих веществ:

S0 NO2 = 240,5 Дж/(моль-К);

S0 O2 = 205,0 Дж/(моль-К);

S0 NO = 210,6 Дж/(моль-К);

∆S0r = 2S0NO + S0O2 - 2S0NO2 = 2∙210,6 +

+ 205,0 - 2∙240,5 = 145,2 Дж/К.

Вычисляем ∆G°r, подставляя ДН°Г и AS°r, переводя при этом Дж в кДж:

AG0r= 113,2 - 298 (145,2/1000) = 70,0 кДж.

∆G0r > 0, следовательно, самопроизвольно в стандартных усло­виях может протекать только обратная реакция.








Date: 2015-10-21; view: 868; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.015 sec.) - Пожаловаться на публикацию