Файл: Коржуков Н.Г. Химическое сродство и направление химических реакций учеб. пособие для упражнений, семинар. занятий, коллоквиумов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2024
Просмотров: 50
Скачиваний: 0
|
|
|
- £'» |
- |
|
|
|
|
лН°р_ццИ * |
|
|
“ 3 А,|°Н ,0= “ |
f- |
>,3 - |
b - ( - ‘ V.t) |
= д2,9 ккап. |
|
д5^)-ции * |
^ |
+ |
3 |
^ |
**Л |
+ 3 |
^ il. (p |
“ |
* |
a0,9 |
+ |
3 • 31,2 - |
2 • |
o,!> - 3 |
- V>,I = |
|
|
« -33,8 кал/нопь.град « - 0,0228 ккад/моль.град . |
||||||||
Рассчитаем |
величину д £ р_ции |
при 25°С (296°К) |
|
|||||
Д ^ р-ции |
= |
|
" 298 ' |
(-0.0338) = |
- 12,826 |
киал. |
||
Такии образом, рассматриваемая нами реакция протекает само произвольно уже при комнатной температуре. А при какой темпера
туре будут равновероятны обе реакции - и реакция окисления желе
за, и реакция восстановления окиси желоеа? Очевидно, при темпе ратуре, которая отвечает иоиенгу химического равновесия, г.е .
равенству скоростей прямой и обратной реакций. Эту температуру
легко рассчитать: в момент равновесия изменение изобарного потен
циала равно нули (aG- 0 ), |
спедоватольно, |
а Н= US) откуда |
||
Т в А Н - к .- |
tt,£— ж 678°К. |
|
||
AS° |
' |
0,0338 |
|
|
Легко видеть, чти при |
Т |
•*: 678°К желоао является |
более силь |
|
ным косстаноиителем, чем водород, и потому |
преобладает |
прямая |
||
реакции, а пни Т >• ».?8 Г'К восстановительная |
способность водоро |
|
да превышает |
восстановительную снособносгь железа, и потому |
|
преобладает |
а'.ратнап реакция. Иначе говоря, |
получение мегалличе- |
• н го А .сле.ч; |
путем вос-т., ноь пения окиси железа газообразным во- |
|
••с;ч-.им l yov ano лишь при тонпнрагури ьиав |
о?6 °К. |
|
-85 -
ЗА Д А Ч И -
1.Может ли самопроизвольно при стандартных условиях проте
кать реакция окисления окиси азота
|
|
2 ЫО + 02 |
= |
2 ЫОг ? |
|
|
2. |
В какой |
направлении |
при |
станлартных условиях может про |
||
текать |
процесс, |
описываемый следующий уравнениеи |
||||
|
И2 (г) + 72 (г) - 2Н7 ( г ) |
? |
||||
Легко ли устанавливается равновесие в данной система? |
||||||
3. |
Вычислите значения |
a G° д л я реакций термического разло |
||||
жения |
SffC03y ВаС03, СаС03 |
, определите |
температуру, отвечаю |
|||
щую состоянию равновесия, и оцените, какой |
из этих карбонатов |
|||||
термически наиболее стабилен: |
|
|
|
|||
|
МрС03 (К) = : |
|
М}0(к) |
+ С02 (г) |
||
|
Ва С03 (к) |
|
|
ВаО (к) |
+ С02 (г) |
|
|
СаСОз (к) = |
|
|
Со.О (К) |
+ С02 (г) |
|
4. Осуществимы ли при стандартных условиях следующие про цессы х)?
СО (О + н2 (г)
СГ) + Н20(г)
— - С2Н;0Н (*) + Нг 0 (*)
------<- fJH3 (г) + 02 (г)
х>для получения уравнений реакций не забудьте расставить соответствующие стехиометрические коэффициенты.
86 -
HxS(r) + ^ (r) ---- HjDCr) + S(k)
kcIo3 (k) |
|
----------------- --- |
KdoH(к) + |
kc£ ( k) |
||
Рх О ;(к) |
+ |
H20 (*) |
----- |
PHa(r) |
+ |
Ol (r) |
V * (к) |
+ |
H2 (r) |
---------------- |
k (к) |
+ |
H20(r) |
Mn02 (к) |
+ |
С (к) |
----- |
Мп(к) |
+ CO (r) |
|
5. Какой ив нижеперечисленных процессов возможен при стан
дартных условиях?
Мп (к) +Н20(г) ---- - |
МпО(к) + Hz (г) |
|||
Мп (к) + И20 (г) ------------- |
--- |
Мп^ьС*) + Н2 (г) |
||
Мп (к) + Н20 (г) ---------------- |
|
Мп30н (к) + Н2 (г) |
||
Pin (к) + н л0 (г ) --------------- |
|
Мп01 [к) +н2 (г) |
||
6. Вычислите |
авачеиия Д & |
для следующих реакций: |
||
& («) + И20(г) |
-----------^ |
k 30H(*) |
+Н2 (г) |
|
Fe (к) + С02 (г) |
— — |
fe30t (к) |
+ СО (г) |
|
& (к) + С0Л (г) |
■— |
/ е ^ (.к) + СО (г) |
||
fej°¥ (к) |
+ W C r) |
----------- * |
& & [* ) |
+ Нх (г) |
& Л («) |
+ Щ (?) |
------ |
&i03 (к) |
+ СО (г) |
-87 -
ЗД К 1 0 Ч К Н И 8
Подводе итог выпаналоженному, следует ещё раз подчеркнуть,
что самопроизвольно происходят вишь такие взаимодействия между
веществами, в результате которых уменьшается |
изобарный потенциал |
|
системы (т .е . конечные вещества находятся на |
более визхом |
энер |
гетическом уровне, чем исходные). |
|
; |
Конечно, вполне возможно протекание и таких процессов, при |
||
которых энергетический уровень системы повышается, однако |
само |
|
произвольно эти процессы идти не могут, для их осуществления необ
ходимо затратить энергию. Например, можно осуществить передачу теплоты от тела с более низкой температурой в Талу с более высо кой температурой, можно перевести гвз из сосуда с более низким давлением в сосуд с более высоким давлением, можно разложить во ду на водород и кислород, - для осуществления этих процессов необ
ходимо только затратить работу иавне.
Для того чтобы выявить возможность протекания данной реак
ции при стандартных условиях, необходимо рассчитать соответствую щее этой реакпии изменение изобарного потенциала: если окажется,
что д £ ° < 0, значит реакция может идти самопроизвольно; если
д £ » 0, то процесс самопроизвольно протекать не может, для его осуществления требуется ватрата энергии; если же &&*• О, то
система находится в состоянии химического равновесия х).
Однако следует иметь в визу, что термодинамический расчёт
позволяет сделать вывод лишь о принципиальной возможности или
невозможности того или иного процесса, но он не позволяет |
одво- |
||||
х ) Как уже |
отмечалось выше (см.стр. П ) , если л С ^ с О , |
то |
про |
||
цесс |
осуществим в |
любых условиях, если же &(?$> О, |
ю |
про |
|
цесс |
не |
осуществим |
не только в стандартных, во и в |
любых |
|
реальных условиях.
- 68 -
звачно ответить на вопрос о гои, будет ли в действительности про текать данный процесс с практически измеримой скоростью. Иногда
оказывается, что интересующая нас реакция, для которой д6°<5г О,
в сапу тех иди иных "кинетических торможений" практически не осу ществляется; как говорят, данная систеыа находится в состоянии кагтизгося равновесия.
Например, значение изыенения изобарного потенциала для сис
темы |
|
|
|
Н2 |
(г) ♦ |
1/2 02 (г) |
= Н20 (ж) |
л О = - 56,7 |
ккап |
показывает, |
что если снедать водород и кисло |
род при комнатных условиях, то должен идти процесс образования воды. Однако в действительности скорость течения этого процесса настолько мала, что мы практически не обнаруживаем даже "следов"
образования воды.
Дело в том, что процессу образования молекул воды должно
предшествовать какое-то "расшатывание" молекул Н2 и 02, т.е .
эти молекулы должны стать активными. Активные молекулы - это молекулы, обладающие повышенным запасом энергии, достаточным для осуществления реакции в данных условиях. Разность между запасом анергии активных молекул и средней энергией молекул этого вида
в данных условиях называется энергией активации. Таким образом,
энергия активации представляет собой то количество энергии, ко торое нужно сообщить молекуле со средней по запасу энергией, что бы сделать зту молекулу активной в данной реакции (см.рис. 12).
- Ь9 -
На рис./2 по оси opаднаг отложена энергия рассматриваемой системы молекул, а по оси абсцисс - ход реакции. Бели прямая реакция (г .в . переход из состояния I в состояния Д) является эк
зотермической, то общий запас энергии продуктов реакции меньше,
чем |
исходных веществ, и система в результате этой |
реакции пере |
|||
ходит на более нивкий энергетический уровень (с уровня I на уро |
|||||
вень Д ). Разность уровней I |
и Д равна |
тепловому эффекту реакции. |
|||
• Уровень К |
определяет тот |
наименьший |
запас энергии, которым |
||
должны обладать ыоденулы, чтобы их столкновения могли привести |
|||||
к химическому взаимодействию. Разность |
между этим уровнем К и |
||||
упоьнем I представляет собой энергию активации прямой реакции |
|||||
£ * |
, а разность между уровнями К и Д - ьвергю |
активации |
|||