Question

Рассчитайте ΔH°298, ΔS°298, ΔG°298 химической реакции При какой температуре будет наблюдаться равновесие в системе? Запишите выражение для константы равновесия данной реакции. СН4(г.) + 2O2(г.) = СО2(г.) + 2Н2 О(г.) при температуре 500.

Answer 1

Дано:

ΔH°₂₉₈(CH₄) = -74,9 кДж/моль

ΔH°₂₉₈(O₂) = 0 кДж/моль

ΔH°₂₉₈(CO₂) = -393,5 кДж/моль

ΔH°₂₉₈(H₂O) = -241,8 кДж/моль

ΔS°₂₉₈(CH₄) = 186,2 Дж/(моль×К)

ΔS°₂₉₈(O₂) = 205 Дж/(моль×К)

ΔS°₂₉₈(CO₂) = 213,7 Дж/(моль×К)

ΔS°₂₉₈(H₂O) = 188,7 Дж/(моль×К)

t° = 500°С

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

Найти:

ΔH°₂₉₈ - ?

ΔS°₂₉₈ - ?

ΔG°₂₉₈ - ?

Tравн. - ?

Kравн. - ?

Решение:

1) Для начала мы запишем уравнение реакций из условия задачи:

CН₄(г.) + 2O₂(г.) → СО₂(г.) + 2Н₂О(г.)

2) Далее мы находим сначала энтальпию в химической реакций (согласно объединенному закону Гесса):

ΔH°₂₉₈ = ∑ΔH°₂₉₈(пр.р.) - ∑ΔH°₂₉₈(исх.в-в.) = (ΔH°₂₉₈(CO₂) + 2ΔH°₂₉₈(H₂O)) - (ΔH°₂₉₈(CH₄) + 2ΔH°₂₉₈(O₂)) = (-393,5 кДж/моль + 2×(-241,8 кДж/моль)) - (-74,9 кДж/моль + 2×0 кДж/моль) = (-393,5 кДж/моль - 483,6 кДж/моль) - (-74,9 кДж/моль + 0 кДж/моль) = -877,1 кДж/моль - (-74,9 кДж/моль) = -877,1 кДж/моль + 74,9 кДж/моль = -802,2 кДж/моль

3) Далее находим энтропию в уравнений реакций:

ΔS°₂₉₈ = ∑ΔS°₂₉₈(пр.р.) - ∑ΔS°₂₉₈(исх.в-в.) = (ΔS°₂₉₈(CO₂) + 2ΔS°₂₉₈(H₂O)) - (ΔS°₂₉₈(CH₄) + 2ΔS°₂₉₈(O₂)) = (213,7 Дж/(моль×К) + 2×188,7 Дж/(моль×К)) - (186,2 Дж/(моль×К) + 2×205 Дж/(моль×К)) = (213,7 Дж/(моль×К) + 377,4 Дж/(моль×К)) - (186,2 Дж/(моль×К) + 410 Дж/(моль×К)) = 591,1 Дж/(моль×К) - 596,2 Дж/(моль×К) = -5,1 Дж/(моль×К) = -0,0051 кДж/(моль×К)

4) Далее находим энергию Гиббса в химической реакций при t° = 500°C :

T = t° + 273 К = 500 + 273 К = 773 К

ΔG°₂₉₈ = ΔH°₂₉₈ - T×ΔS°₂₉₈ = -802,2 кДж/моль - 773 К × (-0,0051 кДж/(моль×К)) = -802,2 кДж/моль + 3,9423 кДж/моль = -798,2577 кДж/моль ≈ -798,26 кДж/моль ⇒ ΔG°₂₉₈ < 0 - протекает самопроизвольно в прямом реакций

5) Далее находим при какой температуре будет наблюдаться равновесие в системе:

Tравн. = ΔH°₂₉₈ / ΔS°₂₉₈ = -802,2 кДж/моль / -0,0051 кДж/(моль×К) ≈ 157294 К

6) Теперь запишем выражение константы равновесия данной реакции:

Kравн. = ([СО₂]×[H₂O]²)/([CH₄]×[O₂]²)

Ответ:

ΔH°₂₉₈ = -802,2 кДж/моль

ΔS°₂₉₈ = -0,0051 кДж/(моль×К)

ΔG°₂₉₈ = -798,26 кДж/моль

Tравн. = 157294 К

Kравн. = ([СО₂]×[H₂O]²)/([CH₄]×[O₂]²)

Решено от : $DK954$

Answer 2

Для расчета ΔH°298, ΔS°298 и ΔG°298 химической реакции, необходимо знать значения энтальпий и энтропий реактантов и продуктов.

Для реакции СН4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(г):

Энтальпия реакции (ΔH°298) можно рассчитать по формуле:

ΔH°298 = Σ(энтальпия продуктов) - Σ(энтальпия реактантов)

Энтропия реакции (ΔS°298) можно рассчитать по формуле:

ΔS°298 = Σ(энтропия продуктов) - Σ(энтропия реактантов)

ΔG°298 (свободная энергия реакции) может быть рассчитана по формуле:

ΔG°298 = ΔH°298 - TΔS°298

Где T - температура в Кельвинах (в данном случае 298K).

Для расчета энтальпий и энтропий реактантов и продуктов можно использовать табличные значения или данные из химических справочников.

При температуре 500K можно рассчитать константу равновесия (K) данной реакции по формуле:

K = exp(-ΔG°298 / (R*T))

Где R - универсальная газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К)).

Зная значение ΔH°298, ΔS°298, ΔG°298 и температуру T, можно рассчитать константу равновесия K для данной реакции при температуре 500K.