Question

Определите возможность восстановления монооксида никеля водородом: NiO (к) + H2 (г) ® Ni (к) + H2О (г) DН° NiО (к) = -240 кДж/ моль; DН° Н2О (г) = -241,6 кДж/ моль; S°Ni (к) = 29,7 Дж/ моль К; S° NiO (к) = 38,1 Дж/ моль К S°H2 (г) = 130,4 Дж/ моль К; S° Н2О (г) = 188,6 Дж/ моль К .

Answer 1

Дано: NiO (к) + H₂ (г) = Ni (к) + H₂О (г)
ΔН⁰ NiО (к) = -240 кДж/ моль;
ΔН⁰ Н₂О (г) = -241,6 кДж/ моль;
S⁰Ni (к) = 29,7 Дж/(моль*К);
S⁰ NiO (к) = 38,1 Дж/(моль*К)
S⁰H₂ (г) = 130,4 Дж/(моль*К);
S⁰Н₂О (г) = 188,6 Дж/(моль*К) 
Найти:возможность реакции
Решение:
     Реакция возможна, если свободная энергия Гиббса меньше нуля: 
ΔG < 0
ΔG = ΔH - TΔS
1) Изменение энтальпии ΔH рассчитывается как разность стандартных энтальпий образования конечных продуктов и начальных реагентов:
ΔH = [ΔH⁰(Ni(k)) + ΔН⁰(Н₂О(г))] - [ΔH⁰(NiO(k) + ΔH⁰(H₂(г))] = (0+241,6) -(240+0) = - 1,6 кДж/моль 
      (Стандартная энтальпия образования простых веществ (Ni и H₂) при стандартной температуре 298°К принята равной 0)
2) Изменение энтропии ΔS также рассчитывается как разность стандартных энтропий образования конечных и начальных веществ:
ΔS = [S⁰(Ni(k)) + S⁰(H₂O(г))] - [S⁰(NiO(k)) + S⁰(H₂(г))] = (29,7+188,6) - (38,1+130,4) = 49,8 (Дж/(моль*К)
      Стандартная температура Т = 298°К (25°С)
ТΔS = 298*49,8 = 14840,4 (Дж/моль) ≈ 14,8 (кДж/моль)
3) ΔG = ΔH - TΔS = -1,6 - 14,8 = -16,4 (кДж/моль)
Ответ: ΔG < 0, реакция возможна.

Answer 2

Для определения возможности восстановления монооксида никеля водородом, мы можем использовать следующую формулу:

ΔG = ΔH - TΔS

где ΔG - изменение свободной энергии, ΔH - изменение энтальпии, T - температура в Кельвинах и ΔS - изменение энтропии.

По данным, у нас есть следующие значения:

ΔH NiO (к) = -240 кДж/моль ΔH H2O (г) = -241,6 кДж/моль S° Ni (к) = 29,7 Дж/моль К S° NiO (к) = 38,1 Дж/моль К S° H2 (г) = 130,4 Дж/моль К S° H2O (г) = 188,6 Дж/моль К

Для начала, мы должны учесть, что все значения энтальпии и энтропии указаны в кДж и Дж соответственно. Поэтому, чтобы получить правильные результаты, нам нужно преобразовать их в одну и ту же единицу измерения. Для удобства, преобразуем энтальпию кДж в Дж, умножив ее на 1000:

ΔH NiO (к) = -240 кДж/моль = -240000 Дж/моль ΔH H2O (г) = -241,6 кДж/моль = -241600 Дж/моль

Теперь мы можем перейти к расчету изменения свободной энергии ΔG. Предположим, что реакция происходит при температуре T = 298 К (25 °C):

ΔG = ΔH - TΔS

ΔG = (-240000 Дж/моль) - (298 К) * ((38,1 Дж/моль К) - (29,7 Дж/моль К) - (130,4 Дж/моль К) + (188,6 Дж/моль К))

Выполняя вычисления, получаем:

ΔG = -240000 Дж/моль - 298 К * (-9,6 Дж/моль К - 130,4 Дж/моль К + 188,6 Дж/моль К)

ΔG = -240000 Дж/моль - 298 К * 49,4 Дж/моль К

ΔG = -240000 Дж/моль - 147812 Дж/моль

ΔG = -387812 Дж/моль

Теперь мы можем сделать вывод о возможности восстановления монооксида никеля водородом. Если ΔG < 0, то реакция является спонтанной (восстановление монооксида никеля водородом возможно). Если ΔG > 0, то реакция не будет происходить спонтанно. Если ΔG = 0, то реакция находится в состоянии равновесия.

В данном случае, ΔG = -387812 Дж/моль < 0, что означает, что восстановление монооксида никеля водородом является спонтанным процессом при указанной температуре T = 298 К.