Question

На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите \Delta G_{298}^0 реакции, протекающей по уравнению. C2H4(г)+3O2(г)=2CO2(г)+2H2O(ж) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Answer 1

ΔG°(реакции) = ΔH(реакции) - TΔS(реакции), где ΔH = ∑ΔH°(прод.) - ∑ΔH°(исх. в-в) и ΔS = ∑S(прод.) - ∑S(исх. в-в).
ΔH(реакции) = 2*(-393,5)+2*(-285,8) - 52,4 = -1411 кДж/моль
ΔS(реакции) = 2*213,7 + 2*70,1 - 219,3 - 3*205 = - 266,7 Дж/моль*K
ΔG°(реакции) = -1411 + 298*0,2667 = -1331,5 кДж/моль.
Так как энергия Гиббса < 0, то реакция возможна при стандартных условиях.
P.S. Все энтальпии образования и энтропии находим в справочнике.

Answer 2

Для вычисления изменения свободной энергии реакции ($\Delta G_{298}^0$) при стандартных условиях ($T = 298\, \text{K}$, $P = 1\, \text{атм}$) используем уравнение Гиббса-Гельмгольца:

$$\Delta G_{298}^0 = \Delta H_{298}^0 - T\Delta S_{298}^0$$

где $\Delta H_{298}^0$ - изменение энтальпии реакции, $\Delta S_{298}^0$ - изменение энтропии реакции, $T$ - температура в Кельвинах ($298\, \text{K}$).

Для вычисления $\Delta H_{298}^0$ и $\Delta S_{298}^0$ нам понадобятся данные о стандартных теплотах образования ($\Delta H_f^0$) и абсолютных стандартных энтропиях ($S^0$) каждого из веществ, входящих в реакцию.

Известные значения:

• $\Delta H_f^0$ для $C_2H_4(g)$ = +52.4 кДж/моль
• $\Delta H_f^0$ для $O_2(g)$ = 0 кДж/моль (по определению)
• $\Delta H_f^0$ для $CO_2(g)$ = -393.5 кДж/моль
• $\Delta H_f^0$ для $H_2O(l)$ = -285.8 кДж/моль
• $S^0$ для $C_2H_4(g)$ = 219.6 Дж/(моль·К)
• $S^0$ для $O_2(g)$ = 205.0 Дж/(моль·К)
• $S^0$ для $CO_2(g)$ = 213.8 Дж/(моль·К)
• $S^0$ для $H_2O(l)$ = 69.9 Дж/(моль·К)

Теперь мы можем вычислить $\Delta H_{298}^0$ и $\Delta S_{298}^0$ для данной реакции:

$$\Delta H_{298}^0 = \sum \Delta H_f^0(\text{продукты}) - \sum \Delta H_f^0(\text{реагенты})$$

$$\Delta H_{298}^0 = [2 \cdot \Delta H_f^0(CO_2(g)) + 2 \cdot \Delta H_f^0(H_2O(l))] - [\Delta H_f^0(C_2H_4(g)) + 3 \cdot \Delta H_f^0(O_2(g))]$$

$$\Delta H_{298}^0 = [2 \cdot (-393.5\, \text{кДж/моль}) + 2 \cdot (-285.8\, \text{кДж/моль})] - [52.4\, \text{кДж/моль} + 3 \cdot 0\, \text{кДж/моль}]$$

$$\Delta H_{298}^0 = (-787.0\, \text{кДж/моль}) - 52.4\, \text{кДж/моль} = -839.4\, \text{кДж/моль}$$

Теперь вычислим $\Delta S_{298}^0$