Стандартные термодинамические функции

 

Вещество	Δ Н0298, кДж/моль	Δ G0298, кДж/моль	S0298, Дж/(моль·К)
Ga(к)			41,1
HCl(г)	-91,8	-94,79	186,8
GaCl3(к)	-524,7	-492,8	133,4
Н2(г)			130,52

 

Данные термодинамические функции относятся к 1 моль вещества и при расчетах должны быть умножены на стехиометрические коэффициенты.

3. Изменение энтальпии химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:

_ΔН_х.р = _ΔН⁰₂₉₈(Н_2(г)) + _ΔН⁰₂₉₈(GaCl_3(т)) - _ΔН⁰₂₉₈(Ga_(т)) - 3 _ΔН⁰₂₉₈(HCl_(г)) = 0 – 524,7 – 0 – 3(- 91,8) = - 524,7 + 275,4 = - 249,3 кДж/моль

Для построения энтальпийной диаграммы, определяем сумму энтальпий образования исходных веществ и продуктов реакции отдельно:

∑_ΔН_{обр. исх. в-в} = - 275,4 кДж; ∑_ΔН_{обр. прод. р-ии} = - 524,7 кДж (рис.4).

4. В ходе реакции энергия выделяется, < 0, реакция экзотермическая. Выделение тепла вызывает повышение температуры.

5. Изменение стандартной энтропии химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:

_ΔS_х.р = S⁰₂₉₈(Н_2(г)) + S⁰₂₉₈(GaCl_3(т)) - S⁰₂₉₈(Ga_(т)) - 3S⁰₂₉₈(HCl_(г)) = 130,52 + 133,4 – 41,1 – 3·186,8 = 195,78 + 133,4 - 560,4 - 41,1 = 329,18– 601,5 = -272,32 Дж/(моль·K)

Уменьшение энтропии в ходе реакции свидетельствует об упорядочении системы – уменьшении числа газообразных молекул и об обратимости данного процесса.

 

ΔН,кДж/моль

Ход реакции

-100

-200

-300

-400

-500

-600

-700

∑ Δ Нобр. исх. в-в

∑ Δ Нобр. продуктов р-ии

Δ Н < 0, Экзотермическая реакция

Рис. 4. Энтальпийная диаграмма

 

6. Изменение стандартной энергии Гиббса химической реакции рассчитываем по формуле следствия из закона Гесса:

_ΔG_х.р = _ΔG⁰₂₉₈(Н_2(г)) + _ΔG⁰₂₉₈(GaCl_3(т)) - _ΔG⁰₂₉₈(Ga_(т)) - 3_ΔG⁰₂₉₈(HCl_(г)) =

=0 – 492,8 – 0 – 3(- 94,79) = - 492,8 + 284,37 = - 208,43 кДж/моль

По уравнению Гиббса:

ΔG = - 249,3 - 298·(- 272,32·10^-3) = - 249,3 + 81,15 = - 168,15 кДж/моль.

Отрицательный знак изобарного потенциала (Δ G<0) свидетельствует о возможности протекания реакции в стандартных условиях. Разница в величинах Δ G, рассчитанных двумя путями находится в пределах допустимого (15 %).

7.Поскольку _ΔS<0 и _ΔH<0, то реакция обратима.

8. Для данной реакции рассчитаем температуру равновесия (Т_р) и сравним со значением Т_р на графике:

= 915,47 K

9. Получим зависимость _ΔG = f (T), рассчитав величину _ΔG при Т = 500, 1000, 1500 К.

_Δ G₅₀₀ = - 249,3 - 500·(- 272,32·10^-3) = - 249,3 + 136,16 = - 113,14 кДж/моль

_Δ G₁₀₀₀ = - 249,3 - 1000·(- 272,32·10^-3) = - 249,3 + 272,32 = 23,02 кДж/моль

_Δ G₁₅₀₀ = - 249,3 - 1500·(- 272,32·10^-3) = - 249,3 + 408,48 = 159,18 кДж/моль

Строим по полученным данным зависимость _ΔG = f (T), (рис. 5).

ТР

Рис. 5. График зависимости ΔG_х.р. = f (T).

 

10. Вывод: реакция обратимая, экзотермическая, протекает при стандартных условиях и возможна в температурном интервале при значениях _ΔG< 0, т. е. при температуре ниже 915,47 К.