Question

Вычислить энергию Гиббса в реакции: 2NH3(г) + 5/2 O2(г) = 2NO(г) + 3Н2О(ж). Определить принципиальную возможность её протекания при стандартных условиях и при 500 С.

Answer 1

Добрый день! Для начала давайте разберемся, что такое энергия Гиббса и что она означает для реакций.

Энергия Гиббса (G) - это функция состояния системы, которая описывает ее свободную энергию (энергию, которая доступна для совершения работы) и предсказывает направление и возможность протекания химической реакции.

Для того чтобы вычислить энергию Гиббса реакции, нам необходимо использовать таблицы стандартных энергий связей. Но перед этим мы должны проверить, как сбалансирована данная химическая реакция.

2NH3(г) + 5/2 O2(г) = 2NO(г) + 3Н2О(ж)

После балансировки реакция будет выглядеть так:

4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6Н2О(ж)

Теперь, для вычисления энергии Гиббса, нам необходимо знать стандартные энергии связей веществ, участвующих в реакции. Рассмотрим таблицу стандартных энергий связей:

NH3: -46,11 кДж/моль
O2: 0 кДж/моль
NO: 90,25 кДж/моль
H2O: -241,82 кДж/моль

Теперь мы можем вычислить энергию Гиббса реакции. Для этого необходимо умножить количество продуктов на их стандартные энергии связей и вычесть из этой суммы произведение количества реагентов на их стандартные энергии связей. Отметим, что в данном случае мы имеем 2 моль NH3 и 5/2 моль O2, поэтому нам необходимо поделить стандартную энергию связей O2 на 2 перед умножением. Имея в виду эти особенности, вычислим энергию Гиббса:

ΔG = (4 * 90,25 + 6 * (-241,82)) - (4 * (-46,11) + 5/2 * 0)
= (361 + (-1450,92)) - (-184,44 + 0)
= (-1089,92) - (-184,44)
= -905,48 кДж/моль

Теперь перейдем ко второй части вопроса - определению принципиальной возможности реакции при стандартных условиях и при 500°C.

При стандартных условиях для реакции энергия Гиббса является показателем спонтанности реакции. Если энергия Гиббса отрицательна (как в нашем случае), то реакция протекает спонтанно и может быть осуществлена без добавления энергии извне. Следовательно, данная реакция возможна при стандартных условиях.

Однако, при температуре 500°C условия стандартные не являются. Данная реакция происходит при пониженной температуре, поэтому нам необходимо учесть изменение энергии Гиббса с изменением температуры. Для этого нам понадобится использовать уравнение Гиббса-Гельмгольца:

ΔG = ΔH - TΔS

где ΔH - изменение энтальпии, ΔS - изменение энтропии, T - температура в Кельвинах.

Для нашей реакции у нас нет данных об изменении энтропии, поэтому будем считать, что она не зависит от температуры. Тогда уравнение Гиббса-Гельмгольца сводится к:

ΔG = ΔH - TΔS = ΔH

Теперь узнаем изменение энтальпии. Мы можем использовать таблицу стандартных энтальпий образования для веществ, участвующих в реакции:

NH3: -46,19 кДж/моль
O2: 0 кДж/моль
NO: 90,29 кДж/моль
H2O: -285,83 кДж/моль

ΔH = (4 * 90,29 + 6 * (-285,83)) - (4 * (-46,19) + 5/2 * 0)
= (361,16 + (-1714,98)) - (-184,76 + 0)
= (-1353,82) - (-184,76)
= -1169,06 кДж/моль

Теперь можем подставить значение изменения энтальпии в уравнение Гиббса-Гельмгольца:

ΔG = ΔH = -1169,06 кДж/моль

Если это значение отрицательное, то реакция будет протекать спонтанно. Теперь, когда мы знаем значение энергии Гиббса, мы можем сделать вывод о возможности протекания реакции при 500°C при условии, что изменение энтропии не зависит от температуры.

Надеюсь, что это разъяснение было подробным и понятным для вас. Если у вас есть еще вопросы или нужно что-то еще объяснить, пожалуйста, сообщите!