Question

Помогите, пожалуйста. Нужно для зачёта. 1) Приведите и объясните формулу Больцмана для энтропии. Как изменяется энтропия углеводородов с возрастанием молекулярной массы? 2) Куда сместится равновесие в реакции CH4(г)+2O2(г)↔CO2(г)+2H2O(ж) по принципу Ле-Шателье, если А) повысить давление Б) увеличить концентрацию CO2 В) добавить катализатор. 3) В реакции получения плавиковой кислоты (HF) H2+F2→ 2HF+Q выделилось 128 ккал/моль теплоты. Определить энтальпию образования HF. Сколько выделится тепла, если в реакцию вступает 100 л водорода?

Answer 1

1) Формула Больцмана: S = k * lnW, где

S - абсолютная энтропия системы; k - постоянная Больцмана; W - термодинамическая вероятность(статистический вес).

Эта формула связывает основную величину статистической термодинамики - термодинамическую вероятность - с энтропией, что позволяют объяснить статистическую природу последней.

Энтропия углеводородов с возрастанием молекулярной массы возрастает.

2) A) При повышении давления в системе равновесие сместится в сторону протекания прямой реакции:

Kx = Kp / p^(dv), где

Kx - константа равновесия реакции, выраженная в мольных долях компонентов  (Kx = f(p));

Kp - константа равновесия реакции, выраженная в парциальных давлениях компонентов (Kp =\= f(p));

p - общее давление в системе;

dv - приращение числа молей газообразных компонентов.

dv = 1(CO2) - 2(O2) - 1(CH4) = -2.

Б) При увеличении концентрации CO2 равновесие сместится в сторону протекания обратной реакции:

Kс = [CO2] * [H2O]^2 / [CH4] * [O2]^2.

В) Катализатор по-определению увеличивает скорость прямой реакции.

3) 1 ккал = 4.184 кДж.

128 ккал/моль = 4.184 * 128 = 535.552 кДж/моль.

Тепловой эффект реакции в изобарно-изотермических условиях, по закону Гесса, приобретает свойства функции состояния и равен приращению энтальпии. Положительным считается тепло, поступающее в систему.

dH = - Q = - 535.552 кДж/моль.

Реакция образования 1 моль HF:

0.5H2 + 0.5F2 = HF + 0.5Q

Энтальпия данного процесса:

0.5dH = - 267.776 кДж/моль.

При протекании реакции в стандартных условиях и если считать водород идеальным газом, то по уравнению состояния идеального газа:

n = p * V / R *T

n = 101325 * 100 * 10^-3 / 8.31 * 298 = 4.092 моль.

Если в реакцию вступает 100 л водорода, тепловой эффект реакции равен: 4.092 * 535.552 = 2.191 * 10^3 кДж.

Answer 2

Конечно, я помогу вам с этими вопросами.

1. Формула Больцмана для энтропии: Энтропия (S) в статистической физике связана с числом доступных микросостояний системы (W) следующим образом: $S = k \cdot \ln(W)$ где $k$ - постоянная Больцмана, $W$ - число микросостояний.

С увеличением молекулярной массы углеводородов обычно увеличивается сложность и разнообразие конформаций и ориентаций молекул. Это приводит к увеличению числа доступных микросостояний и, следовательно, к увеличению энтропии.

2. Принцип Ле-Шателье гласит, что если на равновесную систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывается внешнее воздействие (изменение температуры, давления или концентрации), то система сместит свое равновесие так, чтобы компенсировать это воздействие.

А) Повышение давления: Реакция пойдет в сторону меньшего числа молекул газа. Так как справа от стрелки в реакции находятся меньшие по числу молекулы газа (2 молекулы воды против 3 молекул газообразных веществ слева), повышение давления сместит равновесие вправо.

Б) Увеличение концентрации $CO2$: Увеличение концентрации реагента справа ( $CO2$ ) приведет к смещению равновесия влево, чтобы снизить эту концентрацию.

В) Добавление катализатора: Катализаторы не влияют на положение равновесия в реакции. Они только ускоряют достижение равновесного состояния, но не изменяют конечное распределение веществ.

3. Энтальпия образования ($\Delta H_f$) в реакции может быть определена как разница между суммой энтальпий продуктов и суммой энтальпий реагентов: $\Delta H_f = \sum \text{(энтальпия продуктов)} - \sum \text{(энтальпия реагентов)}$

Дано, что выделилось 128 ккал/моль теплоты, следовательно, это значение равно разнице энтальпий в данной реакции. Если в реакцию вступает 100 л водорода (условно при стандартных условиях), то выделяющееся количество тепла можно рассчитать, учитывая, что один литр водорода примерно содержит 0.0899 моль (при стандартных условиях) и используя полученную разницу энтальпий.

$Q = \Delta H_f \times \text{количество молей водорода} = 128 \, \text{ккал/моль} \times 0.0899 \, \text{моль} \times 100 \, \text{л}$

Вычислите данное выражение, чтобы найти количество выделяющегося тепла в данной реакции.