Question

CaO(k)+3C(граф)=CaC2(k)+CO(г) Определите, возможна ли данная реакция при P=1атм и T=298K Вычислите температуру начала реакции

Answer 1

Дано:

ΔH°( CaO (к.) ) = -635,1 кДж/моль

ΔH°( C (граф.) ) = 0 кДж/моль

ΔH°( CaC₂ (к.) ) = -62,7 кДж/моль

ΔH°( CO (г.) ) = -110,5 кДж/моль

ΔS°( CaO (к.) ) = 39,7 Дж/(моль×К)

ΔS°( C (граф.) ) = 5,74 Дж/(моль×К)

ΔS°( CaC₂ (к.) ) = 70,3 Дж/(моль×К)

ΔS°( CO (г.) ) = 197,4 Дж/(моль×К)

P = 1 атм.

T = 298 К

----------------------------------------------------------

Найти:

ΔG - ?        ΔT нач. х.р. - ?

Решение:

1) Для начала мы запишем уравнение реакций то что известно по условию задачи:

CaO(к.) + 3C(граф.) → CaC₂(к.) + CO(г.)

2) Далее находим тепловой эффект из химической реакций:

ΔHх.р. = ∑H°пр.р. - ∑H°исх.в-в. , следовательно:

ΔHх.р. = (ΔH°( CaC₂ (к.) ) + ΔH°( CO (г.) )) - (ΔH°( CaO (к.) ) + 3ΔH°( C (граф.) )) = (-62,7 кДж/моль + (-110,5 кДж/моль)) - (-635,1 кДж/моль + 3×0 кДж/моль) = (-62,7 кДж/моль - 110,5 кДж/моль) - (-635,1 кДж/моль + 0 кДж/моль) = -173,2 кДж/моль - (-635,1 кДж/моль) = -173,2 кДж/моль + 635,1 кДж/моль =  461,9 кДж/моль

3) Далее находим энтропию из химической реакций:

ΔSх.р. = ∑S°пр.р. - ∑S°исх.в-в. , следовательно:

ΔSх.р. = (ΔS°( CaC₂ (к.) ) + ΔS°( CO (г.) )) - (ΔS°( CaO (к.) ) + 3ΔS°( C (граф.) )) = (70,3 Дж/(моль×К) + 197,4 Дж/(моль×К)) - (39,7 Дж/(моль×К) + 3×5,74 Дж/(моль×К)) = 267,7Дж/(моль×К) - (39,7 Дж/(моль×К) + 17,22 Дж/(моль×К))  = 267,7 Дж/(моль×К) - 56,92 Дж/(моль×К) = 210,78 Дж/(моль×К) = 0,21078 кДж/(моль×К)

4) Теперь мы пользуемся по формуле Гиббса, именно по такой формуле мы определим возможна ли данная реакция при P = 1атм. и T = 298 K. :

ΔG = ΔHх.р - T×ΔSх.р - Формула Гиббса

ΔG = 461,9 кДж/моль - 298 K × 0,21078 кДж/(моль×К) = 461,9 кДж/моль - 62,81244 кДж/моль = 399,08756 кДж/моль ≈ 399,1 кДж/моль

ΔG>0, это значит что образования ацетилена и монооксида углерода не будет образовываться.

5) Для нахождения температуры у начала реакций используется вот такая формула, именно по такой формуле мы найдем его температуру:

ΔT нач. х.р. = ΔHх.р. / ΔSх.р. = 461,9 кДж/моль / 0,21078 кДж/(моль×К) ≈ 2191,38 К

Ответ: 1) Невозможно самопроизвольное протекает процесс до температуры равновесия при 298 К.

2) Температуру в начале реакции будет образовываться при 2191,38 К

Решено от :

Answer 2

Для определения возможности реакции и температуры начала реакции необходимо рассчитать изменение свободной энергии Г(реакции) и проверить, отрицательное ли оно при данных условиях.

Выпишем термодинамические данные реакции из таблицы:

| Вещество | Состояние | ΔH° (кДж/моль) | ΔS° (Дж/моль∙К) |
| --------------|-----------------|----------------|------------------|
| CaO | к | -635,09 | 39,71 |
| C | граф | 0 | 5,74 |
| CaC2 | к | -62,4 | 114,6 |
| CO | г | -110,53 | 197,67 |

ΔG°(реакции) = ΣΔG°(продуктов) - ΣΔG°(реагентов)

ΔG°(реакции) = [ΔG°(CaC2) + ΔG°(CO)] - [ΔG°(CaO) + ΔG°(C)]

ΔG°(реакции) = [(-62,4 кДж/моль) + (-110,53 кДж/моль)] - [(-635,09 кДж/моль) + (0 кДж/моль)]

ΔG°(реакции) = 462,16 кДж/моль

При данных условиях (P=1 атм, T=298 К) стандартное изменение свободной энергии положительное, следовательно, реакция не протекает самопроизвольно.

Температура начала реакции определяется из уравнения Гиббса-Гельмгольца:

ΔG°(реакции) = ΔH°(реакции) - T*ΔS°(реакции)

T = ΔH°(реакции)/ΔS°(реакции) = (ΔG°(реакции) + T*ΔS°(реакции))/ΔS°(реакции)

Подставляем известные данные:

T = (462,16 кДж/моль + 298 К* (-0,048 кДж/моль∙К)) / (-214,6 Дж/моль∙К) = 2260 К

Температура начала реакции составляет примерно 1987°C, при которой изменение свободной энергии становится равным нулю и реакция начинает протекать самопроизвольно. Однако, это значение сильно завышено, так как оно определено для стандартных условий, а в реальности реакция может начинаться при более низких температурах в зависимости от конкретных условий проведения реакции.