Question

На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ΔG0298 реакции, протекающих по уравнению C2H4(г) + 3Н2(г) = СН4(г) + Н2О. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Answer 1

. По следствию из закона Гесса:

∆ Н 0р = ∑ ∆ Н 0прод — ∑∆ Н 0исход

∆ Н 0р = (∆ Н 0 СН4 + 2 ∆ Н 0 Н2O) — (∆ Н 0 СO2 + 4 ∆ Н 0 Н2) =

= (-74,85) + 2*(-285,84) – (-393,51) – 4*0 = — 253,02 кДж

2. 2. ∆ S0р = ∑ S 0прод — ∑ S 0исход

∆ S0р = (186,19 + 2*69,94) — (213,65 +4* 130,59) = 326,07 — 736,01 =

= — 409,94 Дж/ К

2. ∆G298 = ∆ Н 0298 — Т *∆ S 0298 = -253,02 – 298*(-409, 94/1000) =

= -253,02 + 122,16 = — 130,86 кДж

Ответ: ∆Gреакц < 0 , следовательно, при стандартных условиях реакция протекать будет.

Answer 2

Для вычисления изменения свободной энергии (ΔG°298) реакции по заданному уравнению, нужно использовать следующую формулу:

ΔG°298 = Σ(νi * ΔG°f,i)

где: ΔG°298 - изменение свободной энергии реакции при температуре 298 К (стандартные условия), νi - коэффициенты стехиометрического уравнения для каждого вещества, ΔG°f,i - стандартная теплота образования (Gibbs energy of formation) для каждого вещества.

Для вычислений нам нужны стандартные теплоты образования и абсолютные стандартные энтропии для C2H4(г), H2(г), CH4(г) и H2O(г).

Допустимые единицы измерения для стандартных теплот образования: килоджоули на моль (kJ/mol). Допустимые единицы измерения для абсолютных стандартных энтропий: джоули на моль на кельвин (J/(mol·K)).

Теплоты образования и абсолютные стандартные энтропии для указанных веществ:

C2H4(г): ΔG°f = +52.26 kJ/mol, S° = 219.55 J/(mol·K) H2(г): ΔG°f = 0 kJ/mol, S° = 130.68 J/(mol·K) CH4(г): ΔG°f = -74.81 kJ/mol, S° = 186.25 J/(mol·K) H2O(г): ΔG°f = -228.57 kJ/mol, S° = 188.83 J/(mol·K)

Теперь запишем уравнение реакции:

C2H4(г) + 3H2(г) = CH4(г) + H2O(г)

И коэффициенты стехиометрического уравнения:

ν(C2H4) = 1 ν(H2) = 3 ν(CH4) = 1 ν(H2O) = 1

Теперь можем вычислить ΔG°298 реакции:

ΔG°298 = [ν(CH4) * ΔG°f(CH4)] + [ν(H2O) * ΔG°f(H2O)] - [ν(C2H4) * ΔG°f(C2H4)] - [ν(H2) * ΔG°f(H2)] ΔG°298 = [1 * (-74.81 kJ/mol)] + [1 * (-228.57 kJ/mol)] - [1 * (+52.26 kJ/mol)] - [3 * 0 kJ/mol] ΔG°298 = -303.38 kJ/mol

Так как ΔG°298 отрицательное, это означает, что реакция происходит с положительной стороны (при стандартных условиях). Это свидетельствует о том, что реакция протекает самопроизвольно при комнатной температуре (298 К).