Se știe că poziția echilibrului chimic depinde de temperatură, și anume:
Pe măsură ce temperatura este ridicată, echilibrul se îndreaptă spre reacția endotermică.
Matematic, dependența constantei de echilibru de temperatura este exprimată prin ecuația reacției chimice izobar:
Să analizăm această ecuație diferențială. Cu cât este mai mare valoarea absolută a efectului de căldură și cu cât temperatura este mai mică, cu atât este mai mare magnitudinea derivatului și, în consecință, cu atât mai mare este schimbarea temperaturii pe valoarea lui Kp. cu cât balanța este mai mare.
Evident, semnul derivatului depinde doar de semnul DH: pentru DH> 0 (reacția endotermică), o creștere a temperaturii conduce la o creștere a Kp. și anume echilibrul se îndreaptă spre reacția endotermică. Astfel, ecuația izobar este o expresie matematică a principiului Le Chatelier.
Pentru a efectua calcule folosind ecuația izobar trebuie să fie integrat:
Pentru a integra cu exactitate, este necesar să se cunoască dependența de temperatură a DH. În cel mai simplu caz, putem presupune că într-un interval de temperatură dat efectul termic nu depinde de temperatură. apoi:
unde B este constanta de integrare.
Conform Eq (1.49), dependența de lgKp față de 1 / T este exprimată printr-o linie dreaptă, a cărei pantă este -DH / R. Prin urmare, DH 0 = - Rtg a.
Astfel, determinând constantele de echilibru ale reacției la mai multe temperaturi, putem determina grafic efectul termic al reacției. Această metodă este folosită de obicei în cazul în care măsurarea efectului de căldură sau a calculului conform legii Hess este îngrădită.
Acum luăm un ansamblu definit în intervalul de temperatură de la T1 la T2:
unde Kp1 și Kp2 sunt constantele de echilibru la temperaturile T1 și T2.
Această expresie face posibilă calcularea constantei de echilibru la o temperatură dacă se cunoaște valoarea constantei de echilibru la o temperatură diferită și efectul termic al reacției.
Cunoscând influența diferiților factori și, în special, a temperaturii asupra valorii constantei de echilibru, puteți alege condițiile de realizare a reacțiilor chimice, care permit obținerea randamentului maxim al produsului dorit.
ÎNTREBĂRI ȘI OBIECTIVE PENTRU AUTO-CONTROL
1. Care dintre următoarele funcții termodinamice se referă la funcțiile de stat: căldură, entalpie, entropie, energie liberă Gibbs, lucrări de expansiune a gazelor, potențial izochoric-izotermic?
2. Cât de mult sunt diferite:
a) entalpia energiei interne;
b) potențial izochoric-izotermic din energia internă;
c) potențial izobaric-izotermic din potențial izochoric-izotermic;
d) potențial izobaric-izotermic din entalpie;
e) efecte termice la presiune constantă și volum constant?
3. Care este semnificația semnelor "plus" sau "minus" înainte de funcțiile termodinamice: căldură, muncă, schimbare de energie internă?
4. Ce concluzii se pot trage despre o reacție chimică specifică dacă schimbarea următoarelor funcții termodinamice este negativă:
a) entalpie; b) entropia; c) Energia liberă de la Gibbs?
5. Modificarea funcției termodinamice care determină posibilitatea fluxului spontan al procesului:
a) la presiune constantă și la temperatură;
b) la un volum și o temperatură constantă;
c) într-un sistem izolat?
6. Scrieți următoarele ecuații:
a) ecuația primei legi a termodinamicii pentru macro și microprocese;
b) ecuația primei legi a termodinamicii pentru procesele isochorice, izobarice, izoterme și adiabatice;
c) ecuația lui Kirchhoff în forme diferențiale și integrale;
d) ecuația celei de-a doua legi a termodinamicii;
e) ecuația izotermică a reacției chimice;
e) ecuația reacției chimice izobar în forme diferențiale și integrale.
Care este dependența fiecăreia dintre ecuațiile scrise?
7. Ce semn are o schimbare a entalpiei în următoarele procese:
b) condensarea vaporilor de apă;
c) descompunerea apei în hidrogen și oxigen;
e) dizolvarea clorurii de potasiu în apă;
g) descompunerea hidrogenului molecular în hidrogenul atomic?
8. Ce semn are căldură standard de formare: a) apă lichidă; b) apă gazoasă? Care dintre valorile de mai sus este mai mare în valoare absolută? De ce?
9. Utilizând tabelele cu cantități termodinamice, calculați efectele termice ale reacțiilor în condiții standard:
10. Căldura standard de ardere a benzenului lichid este de -3280 kJ mol -1. Valoarea calorifică: Dn, C (тв) = -383 kJвh mol -1. și DHcore, H2 (g) = -286 kJ mol -1. Care este căldura standard de formare a benzenului lichid?
11. Figura prezintă variația capacităților de căldură izobatice Cp pentru substanțele și produsele inițiale ale celor două reacții. Afișați grafic modul în care efectele termice ale acestor reacții se modifică odată cu creșterea temperaturii.
Fig. Dependența Cp de temperatura.
12. Temperatura de ardere a amoniacului gazos în condiții standard este de -386,2 kJ mols -1. căldura de formare a vaporilor de apă este -285,49 kJ · mol -1. Calculați căldura standard de formare a amoniacului.
13. Examinați de ce efectele termice ale reacțiilor de neutralizare ale acizilor clorhidric și azotic cu hidroxid de potasiu sunt aceleași, dar diferă de căldura neutralizării acidului acetic. În acest caz, căldura de neutralizare este mai mare? De ce?
14. În acest caz, este necesar să se cheltuiască mai multă căldură: atunci când se încălzește 1 g de fier de la 100 ° C la 101 ° C sau de la 200 ° C la 201 ° C?
15.Soluționați următoarele sisteme în ordinea cresterii entropiei:
a) 1 mol H20 (g) la 100 ° C și 1 atm;
b) 1 mol H2O (e) la 0 ° C și 1 atm;
c) 1 mol H20 (g) la 100 ° C și 1 atm;
d) 1 mol H20 (g) la 25 ° C și 1 atm;
e) 1 mol H20 (g) la 0 ° C și 1 atm;
e) 1 mol H20 (g) la 150 ° C și 1 atm.
16. Care este schimbarea entropiei:
a) prin transformarea a 1 mol de gheață în apă la 0 ° C;
b) când 5 moli de apă lichidă sunt răcite de la punctul de fierbere până la punctul de îngheț la 1 atm;
c) condensarea a 1 mol de vapori de mercur la punctul de fierbere (630 K), dacă căldura evaporării este de 59,36 kJ · mol -1;
d) prin răcirea a 4,4 g de gaz dioxid de carbon de la 600 K la 300 K (capacitatea medie de căldură molară în acest interval de temperatură este de 37,07 J x mol -1 K -1).
17. Calculați modificarea entropiei standard ca rezultat al următoarelor reacții:
18. Indicați semnul DS pentru reacții:
19. Folosind valorile capacităților izobarice de căldură standard și considerându-le independente de temperatură, se calculează modul în care se va schimba efectul termic al următoarelor reacții, cu încălzire la 100 K:
20. Formularea condițiilor pentru fluxul spontan de reacții însoțite de:
a) o creștere a entropiei și a entalpiei;
b) o scădere a entalpiei și a entropiei;
c) o creștere a entropiei și o scădere a entalpiei;
d) o scădere a entropiei și o creștere a entalpiei.
21. În ce condiții este ecuația: DH = T × DS?
22. Determinați posibilitatea unei scurgeri spontane în condiții standard de reacție pentru care:
a) D H 0 = -50 kJ / mol, DS 0 = + 18 J x K-1 / mol;
b) D H 0 = +40 kJ / mol, DS 0 = -30 J x K 1 / mol;
c) DH 0 = -72 kJ / mol, DS 0 = -20 J x K-1 / mol.
23. Pentru o anumită reacție, DH 0 = 100 kJ / mol,
și DS 0 = 40 J x K-1 / mol. La ce temperatură va fi stabilit echilibrul, dacă DH și DS nu depind de temperatură?
24. Efectul termic al unei anumite reacții este DH 0 = + 50 kJ / mol și nu depinde de temperatură, la o temperatură de 1250 K echilibrul este stabilit în sistem. Care este schimbarea entropiei în cursul acestei reacții?
25. Schimbarea energiei Gibbs libere standard pentru o singură reacție DG1 0 = -35 kJ / mol, și pentru o altă DG20 = -25 kJ / mol. Care dintre cele două reacții este caracterizată de o valoare mai mare a constantei de echilibru? Care reacție este mai plină?
26. Modificarea energiei Gibbs libere standard pentru reacție: 2H2 (r) + CO (r) = CH3OH (g) este -25,21 kJ mols -1. Calculați valoarea constantei de echilibru.
27. Constanta de echilibru a reacției:
la 100 K este egal cu 6,02 × 10 -7. Care este schimbarea energiei Gibbs libere la această temperatură?
28. Pentru reacție: N2O4 (g) = 2 NO2 (g) modificarea energiei Gibbs libere la o temperatură de 1000 K DG1000 = 6,29 kJ / mol. Presiuni parțiale ale gazului în amestec: P (N2O4) = 3,7 atm. P (NO2) = 1,5 atm. În ce direcție va interveni această reacție spontan?
29. Constanta de echilibru Kp a reacției:
la 1100 K și 1200 K sunt, respectiv, 0,25 și 0,36. Determinați efectul termic al acestei reacții.
30. Constanta de echilibru a reacției: N2 + 3H2 = 2 NH3 la 300 K este 6,0x10-3. Căldura standard de formare a amoniacului este de -46,2 kJ mol -1. Presupunând că efectul termic al reacției este independent de temperatură, se calculează constanta de echilibru la 350 K.
Secțiunea 2. Bazele cineticii chimice
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: