Файл: Методические указания для самостоятельной работы для студентов направления подготовки бакалавриата 05. 06. 03 Экология и природопользование.doc

1.2. Вычислить энергию Гиббса реакции при заданной температуре

№	Уравнение реакции	Т, °С
	2CO (г) + SO2 (г) = S2 (г) + 2CO2 (г)	850
	2NaHCO3 (тв.) = Na2CO3 (тв.) + H2O (г) + CO2 (г)	900
	2NO2 (г) + О3 (г) = О2 (г) + N2O5 (г)	800
	4H2S (г) + 2SO2 (г) = 3S2 (г) + 4H2O (г)	850
	4HCl (г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Cl2(г)	700
	4СО (г) + 2SO2 (г) = S2 (г) + 4CO2 (г)	850
	CH4 (г) + 2H2S (г) = CS2 (г) + 4H2 (г)	850
	CH4 (г) + 2O2 (г) = CO2 (г) + 2H2O (г)	850
	CH4 (г) + СO2 (г) = 2CO (г) + 2H2 (г)	850
	CuS (тв) + O2 (г) = Cu (т) + SO2 (г)	800
	CuSO4 (тв) = CuO (тв) + SO3 (г)	1000
	СuСО3 (тв) = CuO (тв) + СО2 (г); для CuCO3 (тв): ΔfHo298 = -596 кДж/моль, So298 = 88 Дж/(моль·K), а = 92 Дж/(моль·K), b = 39·10-3 Дж/(моль·K), c’ = -18·105 Дж/(моль·K)	1000
	Fe2O3 (тв) + 3CO (г) = 2Fe (α) + 3CO2 (г)	700
	Fe2O3 (тв) + C(графит) = Fe (α) + CO2 (г)	1500
	MgСO3 (т) = MgO (т) + СO2 (г)	800
	Na2SO4 (α) + 2C(графит) = Na2S (тв) + 2CO2 (г)	800
	PbCO3 (тв) + H2S (г) = PbS (тв) + H2O (г) + CO2 (г).	500
	SiO2(кварц-α) + 4HF(г) = SiF4 (г) + 2H2O (г)	800
	CaCO3 (кальцит) = CaO (тв) + CO2 (г)	800
	Al2O3 (корунд) + Na2CO3 (α) = 2NaAlO2 (тв) + CO2 (г)	450
	TiO2 (рутил) + CCl4 (г) = TiCl4 (г) + CO2 (г)	700
	2Fe(OH)3(тв) = Fе2O3(тв) + 3H2O(г); для Fe(OH)3(тв): ΔfHo298=-823 кДж/моль, So298=-105 Дж/(моль·K), a = 85,51 Дж/(моль·K), b = 123,24·10−3 Дж/(моль·K), c’ = −15,12·105 Дж/(моль·K),	900
	2PbS (тв) + 3O2 (г) = 2PbO (тв, желтый) + 2SO2 (г)	500
	Ni(OH)2 (тв) = NiO (тв) + H2O (г); для Ni(OH)2 (тв): ΔfHo298 = -547,1 кДж/моль, So298 = 88 Дж/(моль·K), а = 88 Дж/(моль·K), b = 93·10-3 Дж/(моль·K), с’ = 13·105 Дж/(моль·K)	1000
	Cu(OH)2 (тв) = CuO (тв) + H2O (г); для Cu(OH)2 (тв): ΔfHo298 = -443,09 кДж/моль, So298 =81 Дж/(моль·K), а = 87 Дж/(моль·K), b = 23,3·10-3 Дж/(моль·K), с’ = -5,4·105 Дж/(моль·K)	1000
	4CuS (тв) = 2Cu2S (тв) + S2 (г)	1200
	Cu2O (тв) + FeS (α) = Cu2S (тв) + FeO (тв)	1200
	6FeO (тв) + 4O2 (г) = 2Fe3O4 (тв)	1400
	3CaSO4 (тв) + CaS (тв) = 4CaO (тв) + 4SO2 (г)	1000
	CaSO4 (тв) + 4CO (г) = CaS (тв) + 4CO2 (г)	1000

---

---

2. Расчет константы равновесия при заданной температуре

 Краткие теоретические сведения

Химическая термодинамика позволяет определить константу равновесия при какой-либо температуре, если известны константы равновесия при другой температуре и тепловой эффект реакции с применением интегральной формы уравнения изобары химической реакции



Уравнение изобары применимо для узкого температурного интервала и широко применяется для оценки констант гидролиза или диссоциации при нагревании растворов, а также для расчета изменения произведения растворимости в зависимости от температуры раствора.

Для расчета константы равновесия при заданной температуре в достаточно широком температурном интервале применяют метод Темкина-Шварцмана или метод приведенных энергий Гиббса. По методу Темкина-Шварцмана вычисляют энергию Гиббса при заданной температуре по уравнению



В этой формуле М₀, М₁, М_-2 – заранее рассчитанные численные значения, являющиеся частью зависимости теплоемкости от температуры.

После расчета энергии Гиббса вычисляют константу равновесия по формуле

.

Поэтому следует обратить внимание на размерность!!! Энергия Гиббса должна быть выражена в Дж/моль!

По методу приведенных энергий Гиббса вычисляют константу равновесия по формуле



Значения (энтальпии при абсолютном нуле) и (приведенной энергии Гиббса) приводятся в справочной литературе.

 Примеры решения задач

Применение уравнения изобары

Пример 4. Вычислить значение константы гидролиза карбоната натрия по первой ступени при 25 и 90°С.

---

Решение. 1. Составить ионное уравнение первой ступени гидролиза карбонат-иона



2. Составить таблицу справочных данных, необходимых для расчета:

Компонент
, кДж/моль	–230,02	–17,57	–285,83	32,64
, кДж/моль

3. Вычислить изменение энергии Гиббса реакции гидролиза при 25°С



4. Вычислить значение константы гидролиза карбонат-иона по первой ступени при 25°С



5. Вычислить тепловой эффект реакции гидролиза



6. По уравнению изобары химической реакции вычислить константу гидролиза при 90°С

6.4.2.2. Метод Темкина-Шварцмана

Пример 5. Вычислить энергию Гиббса реакции 4NH_3 (г) + 5O_2 (г) = 6H₂O _(г) + 4NO _(г) при 850 K.

Решение. 1. Составить таблицу справочных данных, необходимых для расчета:

Компонент	NH3 (г)	O2 (г)	H2O (г)	NO (г)
, кДж/моль	−45,94	0	−241,81	91,26
, Дж·моль−1·K−1	192,66	205,04	188,72	210,64
a, Дж·моль−1·K−1	29,80	31,46	30,00	29,58
b·103, Дж·моль−1·K−1	25,48	3,39	10,71	3,85
c’·10−5, Дж·моль−1·K−1	−1,67	−3,77	0,33	−0,59

---

2. Составить уравнение для расчета теплового эффекта реакции при 298 K и произвести необходимые вычисления:



3. Составить уравнение для расчета изменения энтропии реакции в соответствии с законом Гесса и произвести необходимые вычисления:



4. Пользуясь законом Гесса, найти изменение коэффициентов теплоемкости в ходе процесса:







5. В таблице 45 краткого справочника физико-химических величин находят значения интегралов М₀, М₁ и М_‒2 при температуре 800 K и 900 K. Величины для 850 K находят как среднее арифметическое для значений температуры 800 и 900 K.

T, K	M0	M1∙10‒3	M2∙10‒6	M‒2∙105
800	0,3597	0,1574	0,0733	0,2213
900	0,4361	0,2012	0,1004	0,2521
850	0,3979	0,1793		0,2376

6. Подставить данные в расчетную формулу:

:



7. Вычислить константу равновесия по формуле:

_;

Метод приведенных энергий Гиббса

Пример 6. Вычислить энергию Гиббса реакции 4NH_3 (г) + 5O_2 (г) = 6H₂O _(г) + 4NO _(г) при 850 K.

Решение. Для вычисления константы равновесия методом приведенных энергий Гиббса следует воспользоваться данными таблицы 50 краткого справочника физико-химических величин.

Данная таблица содержит данные по приведенным энергиям Гиббса (Ф

---