3) КР «Термодинамический анализ химической реакции» б) Методические указания

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ГЕОЛОГИИ И ФИЗИКИ ЗЕМЛИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к контрольной работе и практическому занятию по химии
Термодинамический анализ химической реакции
Утверждено на заседании кафедры ГиФЗ
Протокол № ___ от ___ ___ 20___ г.
Попов Владимир Анатольевич, доцент кафедры ГиФЗ СВГУ
Содержание
1. Требования к оформлению КР ..............................................................................................................................................2
2. Краткие теоретические сведения по теме работы ..................................................................................................................2
3. План выполнения работы ..........................................................................................................................................................6
Часть 1. «Подготовка к термодинамическому анализу реакции со схемой A₁(г)+ A₂(к) = A'₁(ж) + A'₂(г) » .......................................6
Часть 2. «Термодинамический анализ реакции 𝜈𝜈₁A₁(г) + 𝜈𝜈₂A₂(к) = 𝜈𝜈'₁A'₁(ж) + 𝜈𝜈'₂A'₂(г) » ................................................................6
4. Пример выполнения выполнения работы ...........................................................................................................................................9
Образец варианта задания ПЗ/КР:........................................................................................................................................9
Часть 1. «Подготовка к термодинамическому анализу реакции со схемой Ni(OH)₂(к) = NiOOH(к) + H₂(г)» ..................................9
Часть 2. «Термодинамический анализ реакции 2Ni(OH)₂(к) = 2NiOOH(к) + 1H₂(г)» ...................................................................9
5. Справочные значения стандартных термодинамических характеристик веществ при 298К ..................................................13
Цель данных методических указаний – помочь студенту ОФО в выполнении практического занятия (ПЗ), а студенту
ЗФО в выполнении и оформлении контрольной работы (КР) по теме "Основы химической термодинамики". В главе
1 приведены требования к оформлению КР; в главе 2 – краткие теоретические сведения по теме ПЗ/КР; в главе 3 –
подробный план выполнения ПЗ/КР; в главе 4 – образец варианта типового задания к ПЗ/КР и пример его выполнения;
в главе 5 – все необходимые для выполнения данного ПЗ/КР справочные стандартные термодинамические данные
для различных химических веществ, находящихся в различных агрегатно-фазовых состояниях.
1. Требования к оформлению КР
Чистовик КР оформляют на листах формата А4.
На титульном листе чистовика указывают название учебной дисциплины, название КР, номер заданного варианта,
фамилию и инициалы студента, учебную группу. Pdf-файл титульного листа размещён в курсе СДО «Химия_ПИ».
Его следует скачать, распечатать и заполнить от руки все пустые поля.
Чистовик решенной КР оформляют от руки, аккуратно, оставляя поля для замечаний рецензента.
Каждое задание КР переписывают полностью, при необходимости перефразируя его к заданному варианту.
Используемые при выполнении заданий расчётные формулы сопровождают пояснениями, а при необходимости
записывают с учётом заданного уравнения химической р-ции (т.е. с учётом хим. формул реагентов и продуктов и их
стехиометрических коэффициентов из уравнения р-ции с их участием).
При проведении каждого расчёта обязательно согласовывают единицы измерения подставляемых в каждую расчётную формулу величин и проверяют единицы измерения полученных по расчётной формуле величин.
При необходимости для пояснения выполнения задания КР строят схематический график.
При необходимости при выполнении соответствующего задания формулируют один или несколько подробных письменных выводов, а также письменно отвечают на вопросы.
2. Краткие теоретические сведения по теме работы
ЦЕЛЬ выполнения данной работы: Познакомить студента с основами термодинамического метода исследования
физических и химических процессов. Выполнив данную работу, студент получит важнейшие сведения о взаимной
реакционной способности заданных веществ с образованием заданных продуктов при стандартных условиях как при
298К, так и при любой другой темп-ре.
Известно, что одни 1 вещества активно реагируют друг с другом при любых внешних условиях (𝑝𝑝, 𝑇𝑇). Другие 2 же
наоборот – всегда инертны по отношению друг к другу, независимо от условий. Третьи 3 – при одних сочетаниях 𝑝𝑝, 𝑇𝑇
реагируют между собой, а при других – нет.
Взаимная реакционная способность веществ определяется рядом факторов. Вот некоторые из них:
1) природа реагентов;
2) величина энергии активации 4 р-ции;
3) условия проведения р-ции:
• конц-ция, агрегатное состояние, степень дисперсности и реальное состояние поверхности 5 реагентов;
• темп-ра реакционной смеси;
1
2
3
4
5
Например, натрий /𝑁𝑁𝑁𝑁/ с водой /𝐻𝐻2 𝑂𝑂/: �2𝑁𝑁𝑎𝑎(тв) + 2𝐻𝐻2 𝑂𝑂(ж) = 𝐻𝐻2 (г) + 2𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝐻𝐻(р) � или кремнезём /𝑆𝑆𝑆𝑆𝑂𝑂2 / с плавиковой кислотой /𝐻𝐻𝐻𝐻/: �𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆2 (тв) + 4𝐻𝐻𝐻𝐻(р) = 𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖4 (г) + 2𝐻𝐻2 𝑂𝑂(ж) �.
Например, золото /𝐴𝐴𝐴𝐴/ с водой /𝐻𝐻2 𝑂𝑂/: �𝐴𝐴𝐴𝐴(тв) + 𝐻𝐻2 𝑂𝑂(ж) ≠� или кремнезём /𝑆𝑆𝑆𝑆𝑂𝑂2 / с соляной кислотой /𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻/: �𝑆𝑆𝑆𝑆𝑂𝑂2 (тв) + 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻(р) ≠�.
Например, азот /𝑁𝑁2 / с водородом /𝐻𝐻2 /: �𝑁𝑁2 (г) + 3𝐻𝐻2 (г) = 2𝑁𝑁𝐻𝐻3 (г) � или хлорид натрия /𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁/ с серной кислотой /𝐻𝐻2 𝑆𝑆𝑂𝑂4 /: �2𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(тв) + 𝐻𝐻2 𝑆𝑆𝑆𝑆4 (р) = 2𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻(г) + 𝑁𝑁𝑁𝑁2 𝑆𝑆𝑆𝑆4 (р) �.
Энергия активации (𝐸𝐸 акт ) р-ции - это тот минимальный запас энергии, которым должны располагать мол-лы реагентов, чтобы каждое их пространственно
правильное столкновение привело к образованию мол-л продуктов. Так, при н.у. 𝐻𝐻2(г) и 𝑂𝑂2(г) практически не реагируют друг с другом с образованием 𝐻𝐻2 𝑂𝑂
1
только потому, что 𝐸𝐸 акт этой р-ции (𝐻𝐻2(г) + 2 𝑂𝑂2(г) = 𝐻𝐻2 𝑂𝑂(г)) очень велика, а подавляющее большинство сталкивающихся при н.у. мол-л 𝐻𝐻2 и 𝑂𝑂2 этим запасом
энергии не обладают. Но достаточно небольшой искры, облучения УФ или внесения катализатора (𝑃𝑃𝑃𝑃), чтобы между ними произошла взрывная р-ция.
Так, алюминий не реагирует с водой �2𝐴𝐴𝑙𝑙(тв) + 6𝐻𝐻2 𝑂𝑂(ж) = 3𝐻𝐻2 (г) + 2𝐴𝐴𝐴𝐴(𝑂𝑂𝑂𝑂)3 (тв) � только потому, что из-за мгновенного окисления кислородом воздуха его поверх3
ность покрыта прочной оксидной плёнкой �2𝐴𝐴𝑙𝑙(тв) + 2 𝑂𝑂2 (г) = 𝐴𝐴𝑙𝑙2 𝑂𝑂3 (тв) �, изолирующей металл от дальнейшего разрушения кислородом воздуха или водой.
2
• общее давление в реакционной системе;
• природа применяемого растворителя;
• природа применяемого катализатора.
Составляя ур-ние р-ции, не забывайте, что:
1)
2)
3)
само по себе хим. ур-ние – это всего лишь алгебраически уравненная по числу атомов каждого
элемента схема превращения реагентов в продукты;
хим. ур-ние не содержит никакой информации о взаимной реакционной способности 6 записанных в
нём реагентов;
хим. ур-ние не вынуждает указанные в нём реагенты к р-ции, а продукты к образованию.
А как же тогда узнать, будут ли записанные в ур-нии р-ции вещества взаимодействовать друг с другом при их
реальном соприкосновении? Если будут, то, какие продукты они образуют? А как определить оптимальные 7 условия
(𝑝𝑝, 𝑇𝑇) для проведения конкретной р-ции? А при каких условиях эта р-ция будет невозможна или наоборот возможна?
Получить ответы на некоторые из этих вопросов 8 можно двумя совершенно разными способами:
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ (опытный), заключается в выполнении огромного числа опытов по проведению
исследуемой хим. р-ции. Метод требует детального учёта множества факторов, влияющих на результаты
эксперимента. Это длительный, трудоёмкий, дорогой, а часто и опасный для человека и окружающей среды
способ исследования. 9
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ (расчётный) – изучаемую р-цию подвергают термодинамическому (т/д) анализу (т.е.
рассмотрению, изучению). Для этого с помощью справочных значений термодинамических характеристик
всех веществ – участников р-ции рассчитывают энтальпию, энтропию, энергию Гиббса, константу равновесия и ряд других термодинамических параметров этой р-ции. Анализ результатов этих расчётов позволяет
получить интересующие исследователя сведения об исследуемой р-ции, например, ответить на следующие
вопросы:
а) Каков характер и величина теплового эффекта р-ции при данных условиях (𝑝𝑝, 𝑇𝑇)? Это определяется
знаком и величиной рассчитанной для этих условий энтальпии 10 р-ции (∆𝑟𝑟 𝐻𝐻𝑇𝑇° ), поскольку 𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. = ∆𝑟𝑟 𝐻𝐻𝑇𝑇° :
- если ∆𝒓𝒓 𝑯𝑯°𝑻𝑻 < 𝟎𝟎, то и 𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. < 0, т.е. р-ция при данных условиях будет идти с выделением теплоты
(экзотермическая р-ция)! Чем отрицательнее энтальпия р-ции, тем больше выделяется теплоты в
ходе этой р-ции в изобарных условиях.
- если ∆𝒓𝒓 𝑯𝑯°𝑻𝑻 > 𝟎𝟎, то и 𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. > 0, т.е. р-ция при данных условиях будет идти с поглощением теп-
лоты (эндотермическая р-ция)! Чем положительнее энтальпия р-ции, тем больше поглощается
теплоты в ходе этой р-ции в изобарных условиях.
б) Как изменяется внутренняя упорядоченность реакционной системы в ходе этой р-ции при данных условиях (𝑝𝑝, 𝑇𝑇)? Это определяется знаком и величиной рассчитанной для этих условий энтропии 11 р-ции
(∆𝑟𝑟 𝑆𝑆𝑇𝑇° ):
- если ∆𝒓𝒓 𝑺𝑺°𝑻𝑻 < 𝟎𝟎, то внутренняя упорядоченность системы в ходе данной р-ции при данных
условиях (𝑝𝑝, 𝑇𝑇) увеличивается, а хаос (беспорядок, неупорядоченность) естественно уменьшается! Чем отрицательнее энтропия р-ции, тем выше упорядоченность продуктов р-ции по сравнению с её реагентами.
- если ∆𝒓𝒓 𝑺𝑺°𝑻𝑻 > 𝟎𝟎, то внутренняя упорядоченность системы в ходе данной р-ции при данных
условиях (𝑝𝑝, 𝑇𝑇) уменьшается, а хаос естественно увеличивается! Чем положительнее энтропия рции, тем ниже упорядоченность продуктов р-ции по сравнению с её реагентами.
в) Возможно ли самопроизвольное протекание р-ции при данных условиях (𝑝𝑝, 𝑇𝑇)? Это определяется знаком
и величиной рассчитанной для этих условий (𝑝𝑝, 𝑇𝑇) энергии Гиббса 12 р-ции (∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° ):
- если ∆𝒓𝒓 𝑮𝑮°𝑻𝑻 < 𝟎𝟎, то р-ция термодинамически возможна, т.е. при данных условиях должна ид-
ти самопроизвольно! Поэтому в прямом направлении она должна протекать практически
6
Один лишь визуальный анализ ур-ния р-ции никогда не позволит вам заключить, что указанные в нём реагенты будут или не будут реагировать друг с другом
𝜈𝜈
с образованием указанных продуктов. Так, глядя только на ур-ние р-ции 𝑀𝑀𝑀𝑀 + 𝜈𝜈𝜈𝜈𝜈𝜈𝜈𝜈 = �2� 𝐻𝐻2 + 𝑀𝑀𝑀𝑀𝐶𝐶𝐶𝐶𝜈𝜈 , и не зная свойств конкретных металлов (𝐶𝐶𝑢𝑢, 𝐹𝐹𝐹𝐹, …),
невозможно предсказать какой из этих металлов будет реагировать с 𝐻𝐻𝐻𝐻𝑙𝑙, а какой нет.
К оптимальным можно отнести условия, способствующие достижению наибольшего выхода продуктов при наименьших материальных затратах на проведение р-ции.
8
Ответы на эти вопросы очень часто интересуют не только химиков, но и специалистов других отраслей науки и промышленности.
9
Однако иногда такой эксперимент может оказаться единственным источником получения достоверной информации о химических свойствах вещества,
например, если ранее оно ещё не было никем исследовано.
10
Энтальпия (𝐻𝐻, Дж) – термодинамическая функция состояния системы, равная: 𝑯𝑯 = 𝑼𝑼 + 𝒑𝒑 · 𝑽𝑽. Энтальпия р-ции (точнее изменение энтальпии системы в ходе
р-ции) ∆𝑟𝑟 𝐻𝐻𝑇𝑇 равна теплоте 𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. этой р-ции, протекающей при изобарных (𝑝𝑝 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐) условиях. Т.е. знаки и величины энтальпии и изобарной теплоты одной и
той же р-ции, характеризующих её при одинаковых внешних условиях (𝑝𝑝, 𝑇𝑇), совпадают: ∆𝒓𝒓𝑯𝑯𝑻𝑻 = 𝑸𝑸𝒙𝒙.𝒑𝒑. .
7
11
12
Энтропия (𝑆𝑆,
Дж
К
𝑅𝑅
) – термодинамическая функция состояния системы – мера внутренней неупорядоченности системы: 𝑺𝑺 = 𝓴𝓴 · 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍. Где: 𝓴𝓴 = 𝑁𝑁 = 1,38 · 10−23 Дж/К
𝐴𝐴
– постоянная Больцмана, справочная величина. 𝑾𝑾 ≥ 𝟏𝟏 – термодинамическая вероятность состояния системы – общее число микросостояний системы (огромного числа различных комбинаций энергий и положений всех её мол-л), соответствующих её данному макростоянию (𝑝𝑝, 𝑇𝑇). Чем выше темп-ра системы,
тем больше её внутренняя неупорядоченность, а значит и энтропия. Энтропия газообразного вещества всегда выше, чем энтропия жидкого вещества.
Энтропия жидкого вещества всегда выше, чем энтропия твёрдого вещества. Энтропия кипения вещества всегда больше энтропии его плавления. Энтропия
плавления вещества всегда больше энтропии любого его полиморфного превращения.
Энергия Гиббса (𝐺𝐺, Дж) – термодинамическая функция состояния системы, равная: 𝑮𝑮 = 𝑯𝑯 − 𝑻𝑻 · 𝑺𝑺 = 𝑼𝑼 + 𝒑𝒑 · 𝑽𝑽 − 𝑻𝑻 · 𝑺𝑺. Убыль энергии Гиббса р-ции (т.е. убывание
энергии Гиббса в ходе изобарной р-ции) ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇 < 0 свидетельствует о возможности её самопроизвольного протекания при данных условиях (𝑝𝑝, 𝑇𝑇).
3
необратимо! Чем отрицательнее энергия Гиббса р-ции, тем «самопроизвольнее» эта р-ция.
- если ∆𝒓𝒓 𝑮𝑮°𝑻𝑻 > 𝟎𝟎, то р-ция термодинамически невозможна, т.е. не будет идти самопроиз-
вольно! Поэтому в прямом направлении она практически не будет протекать! Чем положительнее
энергия Гиббса р-ции, тем «несамопроизвольнее» эта р-ция.
Эта
заштрихованная
область
соответствует
не существующим
в реальности
Энергия Гиббса, кДж
г) Каков диапазон темп-р, соответствующий самопроизвольному протеканию р-ции при ст. давлении? Это
определяется графиком зависимости энергии Гиббса ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° этой р-ции от темп-ры:
1
отрицательным
темп-рам
по шкале Кельвина.
2
Абсолютная температура, К
Tw1 Tw4
0К
298К
Tw2
Tw3
3
4
Если этот график имеет вид:
1, то при ст. давлении р-ция не будет идти самопроизвольно при любых темп-
рах, т.к. при любой реальной (т.е. положительной) темп-ре энергия Гиббса этой р-ции
положительна.
2, то при ст. давлении р-ция должна идти самопроизвольно только при
темп-рах ниже равновероятной темп-ры (𝑇𝑇𝑤𝑤2 ), т.к. только при 𝑇𝑇 < 𝑇𝑇𝑤𝑤2
энергия Гиббса этой р-ции становится отрицательной;
3, то при ст. давлении р-ция должна идти самопроизвольно только при
темп-рах выше равновероятной темп-ры (𝑇𝑇𝑤𝑤1 ), т.к. только при 𝑇𝑇 > 𝑇𝑇𝑤𝑤1
энергия Гиббса этой р-ции становится отрицательной;
4, то при ст. давлении р-ция должна идти самопроизвольно при любых темп-
рах, т.к. при любой реальной (т.е. положительной) темп-ре энергия Гиббса этой р-ции
отрицательна.
д) Какова направленность и глубина протекания р-ции? Каковы равновесные конц-ции всех веществ? Это
определяется величиной рассчитанной константы равновесия 13 р-ции:
- если Кравн. > 1, то р-ция в прямом направлении протекает глубоко (если Кравн. >>1, то практически
необратимо), а равновесная смесь будет обогащена продуктами р-ции! Чем больше значение константы равновесия р-ции, глубже протекает р-ция и тем больше доля её продуктов в равновесной
реакционной смеси.
13
Первая часть нулевого закона термодинамики говорит о том, что при неизменных внешних условиях любая система стремится и неизбежно приходит к
состоянию (достигает состояния) равновесия, из к-рого она не может выйти самопроизвольно. А поскольку известно, что любая р-ция при заданных внешних
условиях одновременно протекает в двух противоположных направлениях – в прямом и обратном (но обычно в одном из них глубже, чем в другом), то при
неизменных внешних условиях она (р-ция) неизбежно достигает такого состояния, когда скорости её прямой и обратной реакций становятся равными и
неизменными, а концентрации (парциальные давления) реагентов и продуктов достигают своих постоянных для этих условий значений. Такое состояние
называют химическим равновесием и количественно характеризуют величиной константы равновесия р-ции (𝐾𝐾равн. ). Числовое значение 𝐾𝐾равн. р-ции
вычисляют с помощью выражения ЗДМ (см. расчёт 4 термодинамического анализа) по результатам измерения состава (конц-ций или парциальных давлений
реагентов и продуктов) её (этой р-ции) равновесной реакционной смеси при данных условиях, либо рассчитывают с помощью величины энергии Гиббса
этой р-ции, найденной с помощью справочных значений стандартных термодинамических данных её реагентов и продуктов (см. расчёт 5 термодинамического анализа).
4
- если Кравн. < 1, то р-ция в прямом направлении протекает не глубоко (если Кравн. ≪ 1, то практически не протекает), а равновесная смесь будет обогащена реагентами р-ции! Чем меньше значение
константы равновесия р-ции, тем менее глубоко протекает р-ция и тем меньше доля её продуктов в
равновесной реакционной смеси.
Термодинамический анализ по сравнению с экспериментальным изучением р-ции это значительно более КОРОТКИЙ, ДЕШЕВЫЙ И МЕНЕЕ ТРУДОЕМКИЙ 14 путь исследования. Однако всегда следует иметь в виду, что:
• Термодинамический анализ позволяет определить лишь “идеальную” реакционную способность веществ, т.е. лишь отвечает на вопрос: «Существует ли принципиальная возможность того, что рассматриваемые в ур-нии р-ции вещества будут самопроизвольно реагировать друг с другом с образованием указанных в этом же ур-нии продуктов и сопровождаться таким-то тепловым эффектом?»
• “Реальная” реакционная способность веществ не может быть определена термодинамическим методом. Поэтому такие вопросы как: "Будет ли протекать заданная р-ция в реальных условиях? Какова
будет скорость этой р-ции? Через какое время наступит состояние химического равновесия в этой
р-ции?" останутся без ответа; 15
• Математический и понятийный аппарат “настоящего” (т.е. не упрощённого) термодинамического
анализа довольно сложен и по силам лишь хорошо подготовленным специалистам; 16
• Достоверность результатов проводимого кем-либо термодинамического расчёта целиком и полностью будет зависеть от достоверности 17 используемых справочных значений стандартных термодинамических характеристик веществ (конечно же, при соблюдении рассчитывающим всех
математических правил и приёмов расчёта).
Приведённый далее «План термодинамического анализа химической р-ции» намеренно 18 упрощён 19 Тем не менее
сведения, к-рые будут получены в ходе предусмотренных в нём расчётов, вполне достаточны, не только для того,
чтобы узнать тепловой эффект заданной р-ции и взаимную реакционную способность веществ по схеме этой р-ции
при ст.у. и 298К, но и оценить взаимную реакционную способность заданных веществ при иных температурах.
.
Вслед за «Планом анализа» приведён «Пример выполнения термодинамического анализа» одной из химических рций, а также «Таблица справочных стандартных термодинамических данных» для целого ряда разных веществ и их
разного агрегатно-фазового состояния.
Литература
Коровин Н.В. Общая химия: Учебник для технических направлений и специальностей вузов. - M.: Высш. шк., 2011
(стр.116-148).
На самом деле, эти «плюсы» термодинамического метода исследования не «с неба падают», а базируются на огромной экспериментальной и теоретической
работе многочисленных исследователей, сконцентрированной в тщательно проверенных и отобранных значениях справочных стандартных (т.е. характеризующих вещества при стандартных условия /ст.у./ – при температуре 298,15К и давлении 1 бар=100 000 Па) термодинамических данных веществ.
15
Для ответа на эти вопросы потребуются уже не расчётные термодинамические, а экспериментальные кинетические исследования.
16
Предлагаемое далее расчётное задание составлено таким образом, что выполнение его (т.е. проведение расчёта и анализ его результатов) по силам любому
студенту 1-го или 2-го курсов любой технической специальности ВУЗа.
17
В разных справ-ках значения стандартных термодинамических характеристик для одних и тех же веществ могут отличаться (иногда существенно). Почему?
Все дело в том, что отобранные авторами этих справочников числовые значения: 1) либо получены в результате разных экспериментов (как известно,
эксперименты неизбежно выполняются с погрешностью); 2) либо дополнительно “уточнены” составителями справочников, т.е. сопоставлены с данными для
других хорошо охарактеризованных веществ и пересчитаны; 3) либо приведены с опечатками; 4) либо приведены по данным, в к-рых в свою очередь были
допущены опечатки. Важно понимать, что в каждом из этих случаев, ошибка, допущенная не по Вашей вине (пусть даже лично Вы провели все расчёты
абсолютно идеально), автоматически перекочует в результаты Ваших расчётов, и уменьшит достоверность полученных Вами сведений.
18
И прежде всего потому, что термодинамическое исследование р-ции по этой схеме будет проводиться не специалистами, а студентами 1-го или 2-го курса
нехимического ВУЗа.
19
Так, расчёт 𝑇𝑇𝑤𝑤 – темп-ры равновероятного протекания р-ции (в прямом и обратном направлениях) из ф-лы (8.) и построение графика зависимости энергии
Гиббса р-ции от темп-ры не учитывают сложную темп-рную зависимость энтальпии и энтропии р-ции, а также неизбежное изменение агрегатного состояния
реагентов и продуктов при рассмотрении р-ции в широком интервале темп-р (см. сноску 37).
14
5
3. План выполнения работы
Часть 1. «Подготовка к термодинамическому анализу реакции со схемой A₁(г)+ A₂(к) = A'₁(ж) + A'₂(г) »
I. Перепишите в тетрадь схему заданной р-ции, указав агрегатно-фазовые состояния всех её
участников. Например:
𝑨𝑨𝟏𝟏(г) + 𝑨𝑨𝟐𝟐(к) = 𝑨𝑨′𝟏𝟏(ж) + 𝑨𝑨′𝟐𝟐(г)
(1.)
II. Уравняйте её:
𝝂𝝂𝟏𝟏 𝑨𝑨𝟏𝟏(г) + 𝝂𝝂𝟐𝟐 𝑨𝑨𝟐𝟐(к) = 𝝂𝝂′𝟏𝟏 𝑨𝑨′𝟏𝟏(ж) + 𝝂𝝂′𝟐𝟐 𝑨𝑨′𝟐𝟐(г)
III. Затем, по образцу справа:
начертите в тетради под своим
ур-нием вспомогательную таблицу для записи справочных т/д
данных, к-рые потребуются в
ходе предстоящего т/д расчёта.
Т/д
характеристики
в– в
°
∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
°
𝑆𝑆298
кДж/моль
𝝂𝝂𝟏𝟏 𝑨𝑨𝟏𝟏(г)
𝑨𝑨𝟏𝟏(г)
Дж/(моль ∙ К)
+
=
𝝂𝝂𝟐𝟐 𝑨𝑨𝟐𝟐(к)
𝑨𝑨𝟐𝟐(к)
Заполните
таблицы
все
𝝂𝝂′𝟏𝟏 𝑨𝑨′𝟏𝟏(ж) + 𝝂𝝂′𝟐𝟐 𝑨𝑨′𝟐𝟐(г)
𝑨𝑨′𝟏𝟏(ж)
𝑨𝑨′𝟐𝟐(г)
ячейки
этой
справочными
°
данными!
∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298
IV. В справочнике (стр. 13) найдите
кДж/моль
значения стандартных т/д характеристик всех веществ, участвующих в заданной р-ции (с учётом их агрегатных, 20 фазовых, 21
полиморфных 22 и аллотропных 23 состояний).
°
°
V. Найденные для каждого реагента и продукта справочные значения ∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
[кДж/моль]; 24 𝑆𝑆298
°
[Дж/(моль·К)]; 25 ∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298
[кДж/моль] 26 с учётом их знаков внесите в соответствующие ячейки
начерченной в тетради таблицы.
VI. Далее, руководствуясь изложенным ниже планом, проведите т/д анализ заданной р-ции.
Часть 2. «Термодинамический анализ реакции 𝜈𝜈₁A₁(г) + 𝜈𝜈₂A₂(к) = 𝜈𝜈'₁A'₁(ж) + 𝜈𝜈'₂A'₂(г) »
1. Рассчитайте энтальпию (точнее, её изменение в ходе) 27 этой р-ции при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾:
°
°
∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
= ∑𝑗𝑗�𝜈𝜈𝑗𝑗′ · ∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
(𝐴𝐴𝑗𝑗′ )�
прод–ты
°
– ∑𝑖𝑖�𝜈𝜈𝑖𝑖 · ∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
(𝐴𝐴𝑖𝑖 )�реаг–ты
(2.)
– Сделайте ВЫВОД о величине и хар-ре теплового эффекта (𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. ) р-ции при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾. 28
2. Рассчитайте энтропию (точнее, её изменение в ходе) этой р-ции при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾:
°
°
∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
= ∑𝑗𝑗�𝜈𝜈𝑗𝑗′ · 𝑆𝑆298
(𝐴𝐴𝑗𝑗′ )�
прод–ты
°
– ∑𝑖𝑖 [𝜈𝜈𝑖𝑖 · 𝑆𝑆298
(𝐴𝐴𝑖𝑖 )]реаг–ты
(3.)
– Сделайте ВЫВОД_1 об изменении внутренней упорядоченности в системе в ходе р-ции. 29
– Сделайте ВЫВОД_2 о возможности протекания этой р-ции в условиях изолированной
системы. 30 Почему Вы пришли к такому выводу?
3. Рассчитайте энергию Гиббса (точнее, её изменение в ходе) р-ции при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾 каждым
из двух следующих способов: 31
a)
b)
°
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
= ∑𝑗𝑗�𝜈𝜈𝑗𝑗′ · ∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298
(𝐴𝐴𝑗𝑗′ )�
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
=
°
∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
− 𝑇𝑇 ·
прод–ты
°
∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
,
°
– ∑𝑖𝑖�𝜈𝜈𝑖𝑖 · ∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298
(𝐴𝐴𝑖𝑖 )�реаг–ты
где 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾
(4.)
(5.)
°
°
ВНИМАНИЕ!!! Не забудьте о возможном различии размерностей ∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
, [кДж] и ∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
, [Дж/К].
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Как известно, существуют три основных агрегатных состояния вещества: газообразное (г), жидкое (ж) и твёрдое (т) – кристаллическое (к) или аморфное
(ам).
Примеры различного фазового состояния одного и того же вещества: индивидуальное вещество в жидком состоянии; оно же, но в твёрдом состоянии с
определённой кристаллической структурой; это же вещество в твёрдом аморфном (т.е. некристаллическом) состоянии; это же вещество, но растворенное
(р) в каком-либо жидком растворителе (например, в воде или этаноле); это же вещество в составе твёрдого гомогенного сплава (например, примесь меди,
растворённая в золоте или в серебре).
Нередко кристаллы имеют одинаковый хим. состав, но разную структуру (форму). Это явление названо полиморфизмом, а различные кристаллические
структуры одного и того же состава – полиморфными модификациями/формами. Несмотря на их одинаковый состав, они являются разными веществами
– с разными физическими и химическим св-вами. Например, у серы известны моноклинная и ромбическая модификации; у углерода – графит, алмаз, ...; у
фосфора – белый, красный и чёрный фосфор; у железа – модификации α, β, γ и δ; у кремнезёма – кварц, тридимит, кристобалит и стишовит; у сульфида
цинка – вюрцит и сфалерит; у оксида железа(III) – гематит и маггемит; у карбоната кальция – арагонит и кальцит и т.д.
Как правило, одному и тому же элементу может соответствовать несколько разных простых веществ – аллотропных/аллотропических модификаций/аллотропов/форм, к-рые отличаются друг от друга либо по числу атомов элемента в мол-ле (например, аллотропы кислорода – атомарный кислород, двухатомный
кислород и трёхатомный кислород или озон), либо по форме кристаллической решётки (например, аллотропы углерода – алмаз и графит; аллотропы серы
– моноклинная и ромбическая сера). Твёрдые аллотропы это одновременно и полиморфные модификации.
°
∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
[в-ва] – стандартная энтальпия образования данного вещества в заданном агрегатном (фазовом) состоянии – изобарная теплота р-ции образования
одного моль этого вещества в этом состоянии из простых веществ, взятых при ст. условиях в виде наиболее устойчивых аллотропных форм.
°
𝑆𝑆298 [в-ва] – стандартная абсолютная энтропия данного вещества в заданном агрегатном (фазовом) состоянии – энтропия одного моль этого вещества,
находящегося при ст. условиях в данном агрегатном (фазовом) состоянии, отсчитанная от нулевой энтропии этого вещества при абсолютном нуле.
°
∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298
[в-ва] – стандартная энергия Гиббса образования данного вещества в заданном агрегатном (фазовом) состоянии – энергия Гиббса р-ции
образования одного моль этого вещества в этом состоянии из простых веществ, взятых при ст. условиях в виде наиболее устойчивых аллотропных форм.
Закон Гесса – тепловой эффект р-ции, протекающей при постоянном давлении или постоянном объёме, не зависит от пути р-ции, а определяется только
состоянием реагентов и продуктов этой р-ции. 1е следствие закона Гесса – энтальпия р-ции равна разности сумм энтальпий образования её продуктов и
реагентов с учётом их стехиометрических коэф-тов из ур-ния этой р-ции. 2е следствие закона Гесса – энтальпия р-ции равна разности сумм энтальпий
сгорания в кислороде её реагентов и продуктов с учётом их стехиометрических коэф-тов из ур-ния этой р-ции.
См. пункт а) на стр.3.
См. пункт б) на стр. 3.
Второй закон термодинамики – в изолированной системе возможны лишь процессы, идущие с неубыванием энтропии (внутреннего хаоса, беспорядка),
т.е. в изолированной системе будут идти лишь те процессы, у к-рых ∆𝒓𝒓 𝑺𝑺 ≥ 𝟎𝟎. Но не забывайте, что в неизолированной изобарной системе при темп-ре 𝑇𝑇
должны идти самопроизвольно лишь те р-ции, у которых ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇 < 0.
Имейте ввиду, что найденные из ур-ний (4.) и (5.) значения не должны сильно различаться по величине и обязательно должны совпадать по знаку.
Если же различие между ними превышает 2 кДж – внимательно проверьте уравнивание схемы р-ции, свои табличные данные и свои расчёты по ф-лам (2.)–(5.).
6
Обязательно согласуйте их (приведите в соответствие друг другу) перед подстановкой в ф-лу (5.)
- Сделайте ВЫВОД_1 о степени согласованности использованных в данном расчёте
справочных значений стандартных термодинамических констант. 32
- По величине и знаку значения, найденному по ур-нию (4.), сделайте ВЫВОД_2 о
термодинамической возможности или невозможности самопроизвольного протекания
данной р-ции в прямом направлении при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾. 33
- Ответьте на ВОПРОСЫ:
- ВОПРОС_1 Способствует ли энтальпийный фактор данной р-ции (т.е. знак и
величина её ∆𝒓𝒓 𝑯𝑯) самопроизвольному её протеканию (т.е. убыли её ∆𝒓𝒓 𝑮𝑮) при ст.у.?
- ВОПРОС_2 Способствует ли энтропийный фактор данной р-ции (т.е. знак и
величина результата произведения 𝑻𝑻 · ∆𝒓𝒓 𝑺𝑺) самопроизвольному её протеканию
(т.е. убыли её ∆𝒓𝒓 𝑮𝑮) при ст.у.?
𝜈𝜈′
𝝂𝝂′
∏𝑖𝑖 �𝐴𝐴′𝑖𝑖 (г) � 𝑖𝑖 �𝑨𝑨′𝟐𝟐 (г) � 𝟐𝟐
4. По ур-нию р-ции (1), используя формулировку
(6.)
𝐾𝐾
=
𝑲𝑲
=
равн.
𝒑𝒑
𝜈𝜈 =
𝝂𝝂
закона равновесия (ЗДМ), 34 и учитывая гетеро∏𝑖𝑖 �𝐴𝐴𝑖𝑖 (г) � 𝑖𝑖 �𝑨𝑨𝟏𝟏 (г) � 𝟏𝟏
генный хар-р этой р-ции, составьте выражение её
константы равновесия (𝐾𝐾𝑝𝑝авн. ). Так, справа приведён пример составления выражения 𝐾𝐾𝑝𝑝авн. для
заданной р-ции (1.):
𝜈𝜈′
𝜈𝜈
где, �𝐴𝐴𝑖𝑖(г) � 𝑖𝑖 и �𝐴𝐴′𝑖𝑖(г) � 𝑖𝑖 – равновесные парц. давления i-газа-продукта и i-газа-реагента, возведённые в степени их стехиометрических коэф-тов 𝜈𝜈𝑖𝑖 и 𝜈𝜈𝑖𝑖′ из ур-ния р-ции.
°
= −𝑅𝑅𝑇𝑇 · 𝑙𝑙𝑙𝑙(𝐾𝐾𝑝𝑝авн. 298 )
(7.)
5. Из ф-лы
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
рассчитайте числовое значение константы равновесия (𝐾𝐾𝑝𝑝авн. 298) данной р-ции для 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾.
ВНИМАНИЕ!!!
°
Не забудьте о возможном различии размерностей ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
, [кДж] и справочной константы – универсальной
газовой постоянной 𝑅𝑅 = 8,314 Дж/(моль · К). Обязательно согласуйте их перед подстановкой в ф-лу (7.)
Используя вычисленное значение 𝐾𝐾𝑝𝑝авн. , сделайте ВЫВОД о том, насколько глубоко протекает заданная р-ция в прямом направлении при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾, а также о том, какими веществами будет обогащена равновесная смесь при ст.у.? 35
6. Пренебрегая зависимостью энтальпии и энтропии р-ции от темп-ры, из выражения:
°
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇°𝑤𝑤 = 0 ≈ ∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
− 𝑇𝑇𝑤𝑤 ∙ ∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
вычислите значение 𝑻𝑻𝒘𝒘 – темп-ры равновероятного
обратном направлениях.
(8.)
36
протекания р-ции в прямом и
точка 1
7. Начертите в тетради таблицу:
32
33
34
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° , кДж
𝑇𝑇, 𝐾𝐾
𝜈𝜈2′
36
точка 2
0
= ⋯
+298
𝑇𝑇𝑤𝑤 ≈ ⋯
См. сноску 17.
См. пункт в) на стр. 3.
ЗДМ – закон действующих масс для хим. равновесия (закон хим. равновесия) – с момента наступления равновесия в р-ции отношение произведения
парциальных давлений (конц-ций) продуктов в равновесной реакционной смеси, возведённых в степени их стехиометрических коэф-тов из ур-ния р-ции, к
аналогичному произведения для её реагентов НЕИЗМЕННО, и поэтому называется константой равновесия (𝐾𝐾𝑝𝑝 или 𝐾𝐾𝐶𝐶 ). В выражение 𝐾𝐾𝑝𝑝 , составленное с
помощью ЗДМ, включают парциальные давления только газообразных веществ.
В действительности же, константа равновесия, величину к-рой надо вычислить в расчёте 5, называется термодинамическая константа равновесия (𝑲𝑲𝒂𝒂 ).
Её выражение, составленное согласно ЗДМ для р-ции (1), выглядит иначе: 𝐾𝐾𝑎𝑎 =
35
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
𝜈𝜈
′
𝜈𝜈
∏𝑖𝑖�𝑎𝑎 𝑖𝑖 �
𝑖𝑖
𝜈𝜈
∏𝑖𝑖�𝑎𝑎 𝑖𝑖 �
𝑖𝑖
′
′
𝜈𝜈
𝜈𝜈
𝑎𝑎 1 ∙ 𝑓𝑓 2
𝜈𝜈 ′
𝜈𝜈
= 𝑓𝑓𝜈𝜈11 ∙ 𝑎𝑎2𝜈𝜈2 , где, 𝑎𝑎1 1 , 𝑎𝑎22 – активности жидкого продукта 1 и твёрдого
1
2
реагента 2, 𝑓𝑓2 , 𝑓𝑓1 1 – фугитивности газа-продукта 2 и газа-реагента 1 в равновесной смеси. Активность вещества сложным образом зависит от его конц-ции
в смеси, а фугитивность – от парциального давления газа в этой же смеси.
См. пункт д) на стр. 4.
Темп-ра равновероятного протекания р-ции (𝑇𝑇𝑤𝑤 ) в прямом и обратном направлениях это темп-ра, при к-рой ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇°𝑤𝑤 = 0 и 𝐾𝐾𝑝𝑝авн. = 1, а равновесная смесь
представлена соизмеримыми кол-вами всех участников (реагентов и продуктов) р-ции. При этой темп-ре график зависимости ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° от 𝑇𝑇 пересекает ось
температур. Точный расчёт 𝑻𝑻𝒘𝒘 требует решения гораздо более сложного ур-ния :
𝑇𝑇𝑤𝑤
°
�∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
+ ∆𝑎𝑎 · (𝑇𝑇𝑤𝑤 − 298) +
учитывающего:
∆𝑏𝑏
2
· (𝑇𝑇𝑤𝑤2 − 2982 ) +
∆𝑐𝑐
3
𝑇𝑇𝑤𝑤
°
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇°𝑤𝑤 = ∆𝑟𝑟 𝐻𝐻𝑇𝑇°𝑤𝑤 − 𝑇𝑇𝑤𝑤 ∙ ∆𝑟𝑟 𝑆𝑆𝑇𝑇°𝑤𝑤 = �∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
+ � ∆𝐶𝐶𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑� − 𝑇𝑇𝑤𝑤 ∙ �∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
+ �
1
1
298
𝑇𝑇
298
∆𝐶𝐶𝑝𝑝
𝑑𝑑𝑑𝑑� =
𝑇𝑇
𝑤𝑤
°
· (𝑇𝑇𝑤𝑤3 − 2983 ) − ∆𝑐𝑐 ′ · �𝑇𝑇 − 298� + ∑ ∆Hф.п. � − 𝑇𝑇𝑤𝑤 ∙ �∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
+ ∆𝑎𝑎 · 𝑙𝑙𝑙𝑙 �298
� + ∆𝑏𝑏 · (𝑇𝑇𝑤𝑤 − 298) +
𝑤𝑤
∆𝑐𝑐
2
· (𝑇𝑇𝑤𝑤2 − 2982 ) −
∆𝑐𝑐 ′
2
1
1
· �𝑇𝑇2 − 2982 � + ∑
𝑤𝑤
∆Hф.п.
𝑇𝑇ф.п.
�=0,
1) разность теплоёмкостей �∆𝐶𝐶𝑝𝑝 = ∑𝑗𝑗 �𝜈𝜈𝑗𝑗′ · 𝐶𝐶𝑝𝑝° (𝐴𝐴𝑗𝑗′ )�прод. – ∑𝑖𝑖�𝜈𝜈𝑖𝑖 · 𝐶𝐶𝑝𝑝° (𝐴𝐴𝑖𝑖 )�реаг. � продуктов и реагентов заданной р-ции и зависимость её (разности) от темп-ры
∆𝑐𝑐 ′
�. Величины полиномиальных коэф-тов 𝑎𝑎, 𝑏𝑏, 𝑐𝑐, 𝑐𝑐 ′ определяют зависимость теплоёмкости вещества от темп-ры. Для
𝑇𝑇2
каждого вещества они индивидуальны, а их стандартные значения табулированы. Их разности (∆𝑎𝑎, ∆𝑏𝑏, ∆𝑐𝑐, ∆𝑐𝑐 ′ ) в р-ции рассчитывают по схожим
ф-лам. Например, расчёт ∆𝑎𝑎 проводят по ф-ле: ∆𝑎𝑎 = ∑𝑗𝑗 �𝜈𝜈𝑗𝑗′ · 𝑎𝑎𝑗𝑗′ �прод. – ∑𝑖𝑖[𝜈𝜈𝑖𝑖 · 𝑎𝑎𝑖𝑖 ]реаг. . И т.д.
�∆𝐶𝐶𝑝𝑝 = ∆𝑎𝑎 + ∆𝑏𝑏 · 𝑇𝑇 + ∆𝑐𝑐 · 𝑇𝑇 2 +
2) неизбежное изменение агрегатно-фазового состояния (фазовые превращения – ф.п.) каждого реагента и продукта при рассмотрении р-ции в
∆Hф.п.
широком интервале темп-р: ∑ ∆Hф.п. и ∑ ∆Sф.п. = ∑ 𝑇𝑇 .
ф.п.
7
°
По этим двум точкам: [(298; ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
) и (𝑇𝑇𝑤𝑤 ; 0)] постройте СХЕМА°
37
ТИЧНЫЙ график прямой ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇 ≈ ƒ(𝑇𝑇):
(9.)
°
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° ≈ ∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
− 𝑇𝑇 ∙ ∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
Энергия Гиббса (∆rGT),
кДж
Внесите в неё вычисленные по ф-лам (4.) и (8.) значения
°
и 𝑇𝑇𝑤𝑤 .
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
Абсолютная темп-ра (Т), К
0К
298К
из анализа к-рого сделайте ВЫВОД о том, в каком интервале темп-р 38 анализируемая р-ция при ст. давлении должна
протекать самопроизвольно.
8. Учитывая агрегатное состояние заданного вещества «𝐀𝐀» (реагента или продукта?) и заданную физ. величину VA(г) или 𝑚𝑚A , характеризующую размер его порции, составьте нужную
термохимическую пропорцию: 39
𝒎𝒎𝐀𝐀
𝒒𝒒
=
𝝂𝝂𝑨𝑨 ·𝐌𝐌𝐀𝐀
𝑸𝑸𝒙𝒙.𝒑𝒑.
или
𝐕𝐕𝐀𝐀(г)
𝒒𝒒
=
𝝂𝝂𝑨𝑨 ·𝐕𝐕𝐌𝐌
𝑸𝑸𝒙𝒙.𝒑𝒑.
,
(10.)
с помощью к-рой, опираясь на заданный размер порции вещества «𝐀𝐀» и найденный ранее
(см. расчёт 1) тепловой эффект р-ции (𝑸𝑸𝒙𝒙.𝒑𝒑. ), вычислите выделенное или поглощённое (?)
при ст.у. кол-во теплоты 𝒒𝒒, кДж при образовании или при полном расходовании (?) заданной
порции вещества.
Сформулируйте ВЫВОД о том, какое кол-во теплоты выделяется или поглощается (?) при
при образовании или при полном расходовании (?) заданной порции заданного вещества в
заданной р-ции при ст.у.
9. Опираясь на принцип противодействия (смещения равновесия, Ле Шателье-Брауна), предложите, как следует изменить условия проведения данной р-ции (увеличить или понизить
𝑇𝑇, 𝑝𝑝, конц-ции реагентов и продуктов), чтобы увеличить выход продуктов в ней (т.е. сместить
химическое равновесие в сторону продуктов, т.е. вправо)? Для этого ответьте на следующие
вопросы:
•
В каком направлении (повысить/понизить?) нужно изменить темп-ру по отношению к 298К?
•
Как нужно изменить давление в системе (повысить/понизить?) по отношению к
стандартному?
•
Как следует изменять (увеличивать или уменьшать) конц-ции каждого из реагентов и продуктов в реагирующей смеси? Можно ли осуществить это практически? Если да, то предложите как?
10. Ответьте на ВОПРОСЫ: Можно ли с помощью лишь термодинамического расчёта:
• предсказать протекание р-ции в реальных условиях?
• вычислить скорость этой р-ции?
• вычислить время достижения химического равновесия в ней?
Почему? Дайте развёрнутый ответ.
37
38
39
График точной зависимости ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° = ƒ(𝑇𝑇) не линеен и описывается гораздо более сложным ур– нием :
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° = �∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
+ ∆𝑎𝑎 · (𝑇𝑇 − 298) +
∆𝑏𝑏
2
· (𝑇𝑇 2 − 2982 ) +
∆𝑐𝑐
3
1
1
𝑇𝑇
°
· (𝑇𝑇 3 − 2983 ) − ∆𝑐𝑐 ′ · �𝑇𝑇 − 298� + ∑ ∆Hф.п. � − 𝑇𝑇 ∙ �∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
+ ∆𝑎𝑎 · 𝑙𝑙𝑙𝑙 �298� + ∆𝑏𝑏 · (𝑇𝑇 − 298) +
∆𝑐𝑐
2
· (𝑇𝑇 2 − 2982 ) −
∆𝑐𝑐 ′
2
1
1
· �𝑇𝑇2 − 2982 � + ∑
∆Hф.п.
𝑇𝑇ф.п.
�.
См. пункт г) подпункты 1, 2, 3, 4 на стр. 4.
Термохимическая пропорция – составленное по термохимическому ур-нию данной р-ции равенство двух отношений. ОДНО из этих ОТНОШЕНИЙ: размер
порции (𝑚𝑚𝐴𝐴 или 𝑉𝑉𝐴𝐴(г) ) данного вещества-участника этой р-ции к выделенному/поглощённому при этом кол-ву теплоты (𝑞𝑞). ДРУГОЕ ОТНОШЕНИЕ: произведение
г
стехиометрического коэф-та (𝜈𝜈𝐴𝐴 ) при этом веществе в ур-нии р-ции и его (вещества) соответствующей массовой (𝑀𝑀𝐴𝐴 = ⋯ моль - молярная масса) или объёмной
(𝑉𝑉𝑀𝑀 - молярный объём любого газа при н. у.) молярной хар-ки к тепловому эффекту р-ции �𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. �. «НУЖНАЯ» пропорция та, к-рая лишь в одно действие приводит
к искомому результату. С учётом того, что тепловой эффект заданной р-ции был рассчитан для ст.у. (298К и 1 бар=100 000 Па), то для расчётов в
𝑅𝑅𝑅𝑅
8,314×298
термохимической пропорции величина молярного объёма (𝑉𝑉𝑀𝑀 ) газа должна быть пересчитана от н.у. (𝑉𝑉𝑀𝑀 = 22,4 л/моль) к ст.у. (𝑉𝑉𝑀𝑀 = 𝑝𝑝 = 100 000 = 𝟐𝟐𝟐𝟐, 𝟕𝟕𝟕𝟕 л/моль).
8
4. Пример выполнения выполнения работы
Образец варианта задания ПЗ/КР:
Вещество «𝐀𝐀»
хим. ф-ла
размер порции
Уравняйте схему р-ции:
№
𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к) = 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к) + 𝐻𝐻2(г)
1.
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁
769,45 г
Часть 1. «Подготовка к термодинамическому анализу реакции со схемой Ni(OH)₂(к) = NiOOH(к) + H₂(г)»
I. Перепишем в тетрадь схему заданной р-ции, указав агрегатные состояния всех её
участников:
𝑵𝑵𝑵𝑵(𝑶𝑶𝑶𝑶)𝟐𝟐(к) = 𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵(к)
II. Уравняем её:
III. В тетради под полученным ур-нием р-ции
начертим вспомогательную таблицу для
записи справочных данных, к-рые будут
востребованы нами в ходе данного т/д
расчёта (в таблице к данному примеру
будет три пустых столбца – по числу трёх
участников заданной р-ции):
Т/д
характеристики
веществ
°
∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
°
𝑆𝑆298
кДж/моль
Дж/(моль ∙ К)
°
∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298
𝟐𝟐𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к) = 𝟐𝟐𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к) + 𝟏𝟏𝐻𝐻2(г)
𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к)
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к)
Заполните
этой
все
таблицы
справочными
данными!
кДж/моль
Т/д
характеристик
и веществ
°
∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
°
𝑆𝑆298
кДж/моль
Дж/(моль ∙ К)
°
∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298
кДж/моль
𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к)
𝐻𝐻2(г)
ячейки
IV. В справочнике (стр. 13) найдём значения
°
°
стандартных т/д характеристик (∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
, 𝑆𝑆298
,
°
№
°
𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298) каждого из трёх веществ, принима- п/п Приме- Формула и ∆𝒇𝒇 𝑯𝑯𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
Дж
состояние
кДж
чание
�
�
�
�
вещества
ющих участие в заданной в этом примере
моль · К
моль
р-ции (с учётом их агрегатных, фазовых,
191.
H2(г)
0,0
130,6
полиморфных и аллотропных состояний).
313.
Ni(OH)2(к) -532,0
80,0
Справа приведён фрагмент справочной
316.
NiOOH
-392,0
55,0
(к)
таблицы стандартных т/д данных веществ, содержащий все необходимые для выполнения данного варианта РГР (АКР)
сведения.
V. Найденные для каждого реагента и продук°
°
°
та справочные значения ∆𝑓𝑓 𝐻𝐻298
, 𝑆𝑆298
и ∆𝑓𝑓 𝐺𝐺298
с учётом их знаков внесём в соответствующие ячейки начерченной в тетради вспомогательной таблицы:
+ 𝑯𝑯𝟐𝟐(г)
∆𝒇𝒇 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
кДж
�
�
моль
0,0
-446,9
-318,9
–532,0
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к)
–392,0
𝐻𝐻2(г)
80,0
55,0
130,6
–446,9
0,0
–318,9
0,0
Часть 2. «Термодинамический анализ реакции 2Ni(OH)₂(к) = 2NiOOH(к) + 1H₂(г)»
1.
Рассчитаем энтальпию заданной р-ции при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾:
∆𝒓𝒓 𝑯𝑯°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 =[2·∆𝒇𝒇 𝑯𝑯°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к) �+1·∆𝒇𝒇 𝑯𝑯°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝐻𝐻2(г) �]прод-ты – [2·∆𝒇𝒇 𝑯𝑯°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝐻𝐻)2(к) �]реаг-ты =
= [2·(-392,0)+1·(0,0)] –[2·(-532,0)] =+280,0 кДж
∆𝒓𝒓 𝑯𝑯°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = +280,0 кДж >0
⇒
𝑸𝑸𝒙𝒙.𝒑𝒑. = +280,0 кДж >0
ВЫВОД: Анализируемая р-ция при ст.у. и T=298К будет эндотермической (т.к.
𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. > 0),
2.
и будет поглощать большое
теплоты.
(т.к. |𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. |=280 кДж >100 кДж)
кол-во
Рассчитаем энтропию этой р-ции при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾:
∆𝒓𝒓 𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
∆𝒓𝒓 𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
=[2·𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к) �+1·𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝐻𝐻2(г) �]прод-ты – [2·𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к) �]реаг-ты =
= [2·(55,0)+1·(130,6)] – [2·(80,0)] =+80,6 Дж/К
= +80,6 Дж/К >>0
ВЫВОД_1: Анализируемая р-ция при ст.у. и T=298К приведёт к сильному
(т.к. |∆𝑟𝑟 𝑆𝑆| = 80,6 Дж/К > 10 Дж/К)
увеличению
(т.к. ∆𝑟𝑟 𝑆𝑆 > 0)
ности (беспорядка, хаоса) в системе
внутренней неупорядочен-
(или, выразившись иначе, к сильному уменьшению
внутренней упорядоченности /порядка/ системы).
9
ВЫВОД_2: С огласно второму закону термодинамики эта р-ция в изолирован3.
ной системе будет 40 идти
(т.к. ∆𝑟𝑟 𝑆𝑆 > 0).
Рассчитаем энергию Гиббса р-ции при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾 каждым из двух следующих способов:
a)
∆𝒓𝒓 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 =[2·∆𝒇𝒇𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к) �+1·∆𝒇𝒇 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝐻𝐻2(г) �]прод-ты – [2·∆𝒇𝒇 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 �𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к) �]реаг-ты =
= [2·(-318,9)+1·(0,0)] – [2·(-446,9)] =+256,0 кДж
b)
∆𝒓𝒓 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = +256,0 кДж >>0
∆𝒓𝒓 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = ∆𝒓𝒓 𝑯𝑯°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 – 298·∆𝒓𝒓 𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = (+280,0) – 298·(+80,6/1 000) = +255,98 кДж
∆𝒓𝒓 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = +255,98 кДж >>0
ПОЯСНЕНИЕ: 1 000 в знаменателе – пересчётный коэф-т, переводящий энтропию р-ции из Дж/К в кДж/К. Это
необходимо для согласования размерностей энтальпии (кДж) и энтропии (Дж/К), подставляемых
в расчётную ф-лу в п. 3b.
ВЫВОД_1: Тот факт, что найденные разными способами значения ст. энергии Гиббса р-ции не
сильно различаются по величине (256,0 ≈ 255,98) и совпадают по знаку (оба значения
положительны), свидетельствует о хорошей согласованности (т.е. о хорошем качестве)
справочных значений стандартных термодинамических констант, использованных в
данном расчёте.
ВЫВОД_2: При ст.у. и T=298К анализируемая р-ция будет термодинамически
невозможна
(т.к. ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺 > 0). Выражаясь иначе – при ст.у. и 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾 в прямом направлении
она не будет идти самопроизвольно.
Ответим на ВОПРОСЫ:
- ВОПРОС_1 Способствует ли энтальпийный фактор (т.е. знак и величина ∆𝒓𝒓 𝑯𝑯)
самопроизвольному протеканию данной р-ции при ст.у. (т.е. убыли её ст. энергии
Гиббса)?
Нет, не способствует, т.к. прибавление положительного для данной р-ции
значения (∆𝒓𝒓 𝑯𝑯 > 𝟎𝟎) препятствует убыли энергии Гиббса р-ции:
∆𝒓𝒓 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = + ( ∆𝒓𝒓 𝑯𝑯°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 > 𝟎𝟎 ) – (+298) ·∆𝒓𝒓 𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
- ВОПРОС_2 Способствует ли энтропийный фактор (т.е. знак и величина 𝑻𝑻 × ∆𝒓𝒓 𝑺𝑺)
самопроизвольному протеканию данной р-ции при ст.у.?
Да, способствует, т.к. вычитание положительного для данной р-ции значения (∆𝒓𝒓 𝑺𝑺 > 𝟎𝟎), умноженного на всегда положительную темп-ру 298К , способствует убыли энергии Гиббса данной р-ции:
4.
5.
∆𝒓𝒓 𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = +∆𝒓𝒓 𝑯𝑯°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 – (+298>0) ·( ∆𝒓𝒓 𝑺𝑺°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 > 𝟎𝟎 )
По ур-нию р-ции, используя формулировку закона равновесия (ЗДМ), и учитывая гетерогенный хар-р анализируемой р-ции и агрегатно-фазовые состояния её реагентов и
{𝑯𝑯 }𝟏𝟏
продуктов, составим выражение её константы равновесия: 41 𝑲𝑲равн. = 𝟏𝟏𝟐𝟐 = {𝑯𝑯𝟐𝟐 } = 𝑷𝑷𝑯𝑯𝟐𝟐 .
°
Из ф-лы: ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
= −𝑅𝑅𝑅𝑅 · 𝑙𝑙𝑙𝑙�𝐾𝐾равн. 298 � найдём числовое значение ст. константы равновесия
(𝐾𝐾равн. ) заданной р-ции при 𝑇𝑇 = 298𝐾𝐾 :
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
𝑙𝑙𝑙𝑙�𝐾𝐾равн. 298 � = −
𝑅𝑅𝑅𝑅
°
256·𝟏𝟏 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎
∆𝒓𝒓𝑮𝑮°𝟐𝟐𝟐𝟐𝟖𝟖
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
−
𝑲𝑲равн. 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 �−
� = 𝒆𝒆− 𝑹𝑹𝑹𝑹 = 𝑒𝑒 8,314·298 = 𝑒𝑒 −103,33 = 1,35 · 10−45 ≪ 1
𝑅𝑅𝑅𝑅
ПОЯСНЕНИЕ: 𝟏𝟏 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 в числителе – пересчётный коэф-т, переводящий энергию Гиббса р-ции из кДж в Дж.
Это необходимо для согласования размерностей энергии Гиббса (кДж) и универсальной газовой
постоянной (𝑅𝑅 = 8,314 Дж/(моль⋅К)), подставляемых в расчётную ф-лу.
40
В действительности, данный вывод не правомерен, т.к. рассчитанная здесь величина энтропии характеризует р-цию в условиях неизолированной изобарной
(1 бар) системы! Проведение этой р-ции в изолированных условиях приведёт к накоплению газообразного продукта р-ции – водорода, что неизбежно
приведёт к росту давления в реакционной системе. Но расчёт энтропии р-ции в изолированных усл. выходит за рамки данного курса химии.
41
В действительности же, константа равновесия, величину к-рой надо вычислить в расчёте 5, называется термодинамическая константа равновесия (𝑲𝑲𝒂𝒂 ).
Её выражение, составленное согласно ЗДМ для заданной в этом примере р-ции, выглядит иначе: 𝐾𝐾𝑎𝑎 =
′
𝜈𝜈
∏𝑖𝑖�𝑎𝑎 𝑖𝑖 �
𝑖𝑖
𝜈𝜈
∏𝑖𝑖�𝑎𝑎 𝑖𝑖 �
𝑖𝑖
=
2
1
𝑎𝑎𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁
∙ 𝑓𝑓𝐻𝐻
2
𝑎𝑎𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)
2
2
, где, 𝑎𝑎𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 , 𝑎𝑎𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2 – активности
твёрдого продукта 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 и твёрдого реагента 𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2 , 𝑓𝑓𝐻𝐻2 – фугитивность единственного газа – продукта 𝐻𝐻2 в равновесной смеси. Активность вещества
сложным образом зависит от его конц-ции в смеси, а фугитивность – от парциального давления газа в этой же смеси.
10
ВЫВОД: При ст.у. и T=298К анализируемая р-ция в прямом направлении
практически не протекает (т.к.
дет состоять из единственного
6.
𝐾𝐾равн. ≪ 1),
42
поэтому равновесная смесь бу-
реагента, т.е. из кристаллов Ni(OH)2.
Пренебрегая зависимостью энтальпии и энтропии данной р-ции от темп-ры, вычислим
значение темп-ры (𝑻𝑻𝒘𝒘 ) равновероятного её протекания в прямом и обратном направлениях (т.е. темп-ру при к-рой её ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇°𝑤𝑤 = 0), выразив 𝑻𝑻𝒘𝒘 из приближенного соотношения:
°
°
− 𝑇𝑇𝑤𝑤 ∙ ∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇°𝑤𝑤 = 0 ≈ ∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
𝑇𝑇𝑤𝑤 ≈
°
∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
+280 · 𝟏𝟏 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎
=
= +3474 𝐾𝐾
°
+80,6
∆𝑟𝑟 𝑆𝑆298
ПОЯСНЕНИЕ: 𝟏𝟏 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 в числителе – пересчётный коэф-т, переводящий энтальпию р-ции из кДж в Дж. Это необходимо для согласования размерностей энтальпии (кДж) и энтропии (Дж/К), подставляемых в
расчётную ф-лу.
7.
Начертим в тетради таблицу:
ТОЧКА 1
и внесём в неё вычисленные в пунктах 3a) или 36)
°
данного расчёта значение ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
=+256 кДж и в пункте 6) значение 𝑇𝑇𝑤𝑤 =+3 474 К:
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° ,
𝑇𝑇, 𝐾𝐾
отрицательных
темп-р по шкале
К ельвина.!
должна протекать самопроизвольно лишь при темп-рах,
0
Энергия Гиббса, кДж
Анализ этого графика, приводит
к ВЫВОДУ:
При ст. давлении данная р-ция
Область
кДж
𝑇𝑇, 𝐾𝐾
+256
не существующих
= . ..
+298
⇓
ТОЧКА 1
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° ,
По этим двум точкам [(+298;+256) и
(+3474;0)] построим СХЕМАТИЧНЫЙ график прямой ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° = ƒ(𝑇𝑇):
кДж
°
∆𝑟𝑟 𝐺𝐺298
298K
ТОЧКА 2
0
𝑇𝑇𝑤𝑤 ≈ . ..
ТОЧКА 2
+256
0
+298
+3 474
Абсолютная темп-ра, К
Tw
+3 474 К
превышающих +3474К .
8.
(Почему? Потому, что только при этих темп-рах при ст. давлении данная р-ция будет характеризоваться убылью энергии Гиббса: ∆𝑟𝑟 𝐺𝐺𝑇𝑇° < 𝟎𝟎)
Поскольку при ст.у. анализируемая р-ция эндотермическая (согласно расчёту 1), а в
условии задания приведена масса 𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕, 𝟒𝟒𝟒𝟒 г (𝒎𝒎) вещества 𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵, являющегося продуктом
в данной р-ции, то для нахождения кол-ва теплоты 𝒒𝒒, к-рое сопроводит образование этой
массы 𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵 в ходе данной р-ции при ст.у., по термохимическому уравнению этой р-ции
𝟐𝟐𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к) = 𝟐𝟐𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к) + 𝟏𝟏𝐻𝐻2(г) ; +280 кДж
𝟐𝟐·𝑀𝑀𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁
𝒎𝒎𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁
составим термохимическую пропорцию
𝒎𝒎𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝟐𝟐 · 𝑀𝑀𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁
=
,
𝒒𝒒
𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝.
𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝.
𝒒𝒒
связанную с массой 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁. Выразим искомую величину:
𝒒𝒒 =
𝒎𝒎𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 · 𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. 𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕𝟕, 𝟒𝟒𝟒𝟒 г · (+280 кДж)
=
= +1 174,73 кДж
𝟐𝟐 · 𝑀𝑀𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁
𝟐𝟐 моль · 91,7 г/моль
𝒒𝒒 = +𝟏𝟏 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏, 𝟕𝟕𝟕𝟕 кДж < 0
MNiOOH = 1M(𝑁𝑁𝑁𝑁) + 2M(𝑂𝑂) + 1M(𝐻𝐻) = 1 · 58,69 + 2 · 16 + 1 · 1,01 = 91,7 г/моль
°
= +280 кДж
𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. = ∆𝑟𝑟 𝐻𝐻298
𝟐𝟐 − стехиометрический коэф-т перед ф-лой вещества 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 в ур-нии р-ции.
42
Единственного реагента – это только в анализируемой р-ции из данного примера, в к-рой только один реагент, и он почти не вступает в р-цию при ст.у.
(т.к. Кравн.≪1). В других же р-циях это могут быть несколько реагентов (если Кравн.<1) или несколько продуктов (если Кравн.>1).
11
ВЫВОД: При ст.у. при образовании в ходе заданной р-ции 769,45 г NiOOH будет
поглощено 1 174,73 кДж теплоты.
(или иначе – Для образования в ходе заданной р-ции
при ст.у. 769,45 г NiOOH необходимо затратить 1 174,73 кДж теплоты).
9.
Основываясь на принципе смещения равновесия, определим, как следует изменить условия проведения анализируемой р-ции:
2𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к) = 2𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁(к) + 1𝐻𝐻2(г) ; +𝑄𝑄𝑥𝑥.𝑝𝑝. ,
чтобы увеличить выход продуктов в ней:
– Темп-ру реакционной смеси следует повысить, т.к. это сместит равновесие в сторону
идущей с поглощением теплоты прямой р-ции!
– Давление в системе следует понизить, т.к. это сместит равновесие в сторону идущей
с увеличением числа мол-л газов, т.е. с увеличением внутреннего давления (за счёт
образования газообразного водорода) прямой р-ции!
– В реактор ПЕРИОДИЧЕСКИ 43 следует добавлять порошок (тонко измельчённый твёрдый реагент) 𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к) , восполняя этим его расход в ходе р-ции, и не допуская прекращения прямой р-ции. Образующийся газ – водород �𝐻𝐻2(г) � следует удалять (откачи-
вать) НЕПРЕРЫВНО, не допуская этим его накопления в реакторе, и смещения этим
равновесия в сторону идущей с расходованием водорода обратной р-ции.
10.
С помощью термодинамического расчёта невозможно:15
• предсказать протекание р-ции в реальных условиях!
• вычислить скорость этой р-ции!
• вычислить время достижения химического равновесия в ней!
43
Периодическое добавление порошка реагента 𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к) в реактор не увеличит скорость р-ции его разложения (т.к. скорость любой р-ции не зависит от
конц-ций индивидуальных жидких и твёрдых веществ), а значит, не сместит равновесие вправо и не увеличит выход продуктов. Просто это не позволит рции завершиться из-за исчезновения вследствие полного израсходования реагирующего вещества 𝑁𝑁𝑁𝑁(𝑂𝑂𝑂𝑂)2(к).
12
5. Справочные значения стандартных термодинамических характеристик
веществ при 298К
Большинство значений приведено по справ-ку
"Термические константы веществ. Справочник в 10-ти томах.
Под ред. Глушко В.П. - М.: ВИНИТИ, 1965-1980".
№
п/п
Примечание
1.
диэтилсульфид
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
(C2H2)2S(ж)
°
Δ𝑓𝑓 H298
кДж
�
�
моль
-119,0
°
Δ𝑓𝑓 G298
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
-
кДж
�
�
моль
-
2.
(CuOH)2CO3(к)
-1051,0
211,6
-900,9
3.
2CaSO4·H2O(к)
-3155,6
261,2
-2875,6
4.
Ag(к)
0,0
42,6
0,0
5.
Ag2O(к)
-31,1
121,0
-11,3
6.
Ag2S(к)
-32,8
142,9
-40,5
7.
Ag2SO4(к)
-716,4
200,5
-618,9
8.
AgBr(к)
-100,7
107,1
-97,2
9.
AgCl(к)
-127,1
96,1
-109,8
10.
AgF(к)
-206,0
83,7
-187,9
11.
AgI(к)
-61,9
115,5
-66,4
12.
AgNO3(р)
-101,9
219,4
-34,3
AgNO3(к)
-124,5
141,0
-33,5
14.
Al(к)
0,0
28,3
0,0
15.
Al(OH)3(к)
-1293,5
68,4
-1155,4
16.
Al2(SO4)3(р)
-3793,2
-583,6
-3207,0
17.
Al2(SO4)3(к)
-3443,1
239,4
-3102,2
18.
Al2(SO4)3·6H2O(к)
-5315,3
469,3
-4625,7
19.
Al2O3(к)
-1675,7
50,9
-1582,3
Al2O3(к, корунд)
-1675,7
50,9
-1582,3
21.
Al2O3·3H2O(к)
-2564,4
140,3
-2288,9
22.
Al2O3·H2O(к)
-1976,1
96,9
-1826,1
23.
Al2S3(к)
-648,5
116,9
-637,8
Al4C3(к)
-206,9
89,0
-194,5
25.
AlCl3(р)
-1034,1
-152,3
-879,2
26.
AlCl3(к)
-705,1
109,3
-629,5
27.
AlCl3·6H2O(к)
-2693,4
318,2
-2262,8
28.
AlH3(к)
-11,4
30,0
46,5
29.
AlN(к)
-319,0
20,2
-288,0
30.
AlPO4(к)
-1735,0
90,9
-1619,0
31.
As(к)
0,0
35,7
0,0
32.
As(г)
278,4
174,1
237,1
As2O3(к, арсенолит)
-657,7
107,4
-576,8
13.
20.
24.
33.
ляпис, адский камень
корунд
карбид алюминия
арсенолит
13
№
п/п
34.
Примечание
клаудетит
°
Δ𝑓𝑓 H298
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
As2O3(к, клаудетит)
кДж
�
�
моль
-653,9
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
122,5
°
Δ𝑓𝑓 G298
кДж
�
�
моль
-577,5
35.
As2S3(к)
-92,7
163,4
-91,5
36.
AsF3(г)
-816,0
288,6
-800,8
37.
AsF5(г)
-1240,5
322,1
-1174,8
AsH3(г)
61,1
222,9
63,7
39.
Au(к)
0,0
47,4
0,0
40.
Au(OH)3(к)
-477,8
121,0
-349,8
41.
Au2O3(к)
80,8
134,3
163,2
42.
AuCl3(к)
-118,4
164,4
-53,6
38.
арсин
43.
бор аморфный
B(ам)
4,4
6,5
4,2
44.
бор кристаллический
B(к)
0,0
5,9
0,0
45.
B2Cl4(г)
-490,0
371,2
-464,2
46.
B2F4(г)
-1438,0
326,1
-1410,8
47.
B2H6(г)
36,6
232,4
87,6
48.
B2O3(ам)
-1254,9
80,5
-1183,7
49.
B2O3(к)
-1273,5
54,0
-1194,4
50.
B2S3(к)
-243,0
100,0
-240,6
51.
Ba(к)
0,0
62,5
0,0
52.
Ba(NO3)2(р)
-953,0
302,7
-783,9
53.
Ba(NO3)2(к)
-992,7
213,9
-797,3
54.
Ba(OH)2(к)
-940,6
107,3
-853,9
55.
BaCl2(р)
-872,5
122,6
-823,8
56.
BaCl2(к)
-855,2
123,7
-807,0
57.
BaCO3(к)
-1214,0
112,1
-1135,4
58.
BaCrO4(к)
-1368,0
155,6
-1325,2
59.
BaO(к)
-548,0
72,0
-520,3
60.
BaSiO3(к)
-1590,1
109,6
-1525,9
61.
BaSO4(к)
-1470,0
132,1
-1358,9
62.
BCl3(г)
-404,5
289,4
-389,3
63.
Be(к)
0,0
9,5
0,0
64.
BeO(к)
-609,4
13,8
-580,1
65.
BF3(г)
-1136,0
254,3
-1119,4
66.
Bi(к)
0,0
56,8
0,0
67.
Bi2O3(к)
-578,0
149,8
-497,1
68.
Bi2S3(к)
-155,6
199,3
-152,5
C(к, алмаз)
1,9
2,4
2,9
69.
алмаз (куб. (β))
14
№
п/п
Примечание
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
°
Δ𝑓𝑓 H298
кДж
�
�
моль
°
Δ𝑓𝑓 G298
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
кДж
�
�
моль
70.
графит (гекс. (α))
C(к, графит)
71.
нафталин
C10H8(к)
78,1
-
-
72.
сахароза
C12H22O11(к)
-2222,1
-
-
73.
антрацен
C14H10(к)
-129,2
-
-
74.
ацетилен, этин
C2H2(г)
227,4
200,8
209,9
75.
щавелевая кислота
C2H2O4(к)
-826,8
120,1
-
76.
этилен, этен
C2H4(г)
52,4
219,2
68,3
0,0
5,7
0,0
этиленгликоль
C2H4(OH)2(ж)
-454,3
166,9
-322,7
ацетальдегид, уксусный
альдегид
этанол, этиловый или винный
спирт
этанол, этиловый или винный
спирт
C2H4O(г)
-52,6
242,5
-13,1
C2H5OH(г)
-234,8
281,4
-168,0
C2H5OH(ж)
-277,9
160,8
-175,0
81.
этан
C2H6(г)
-84,0
229,1
-32,1
82.
глицерин
C3H5(OH)3(ж)
-669,0
-
-
83.
пропилен, пропен
C3H6(г)
53,3
237,4
104,4
84.
пропан
C3H8(г)
-103,8
270,2
-23,6
85.
н-бутан
C4H10(г)
-124,7
310,0
-
86.
изобутан, 2-метилпропан
C4H10(г, изо)
-131,6
294,6
-
87.
диэтилсульфид
C4H10S(ж)
-119,0
-
-
88.
1-бутен
C4H8(г)
1,2
307,4
-
89.
пентан
C5H12(ж)
-146,4
-
-
90.
неопентан
C5H12(ж, нео)
-188,2
-
-15,2
91.
гексан
C6H14(ж)
199,0
-
-
92.
гидрохинон
C6H4(OH)2(к)
-363,0
-
-
93.
бензол
C6H6(г)
82,9
269,2
129,7
94.
бензол
C6H6(ж)
49,0
173,3
124,4
95.
гидрохинон
C6H6O2(к)
-363,0
-
-
96.
анилин
C6H7N(ж)
29,7
192,0
-
97.
гептан
C7H16(ж)
198,1
-
-
98.
толуол, метилбензол
C7H8(ж)
12,0
-
-
99.
этилбензол
C8H10(ж)
12,5
-
-
100.
Ca(к)
0,0
41,6
0,0
101.
Ca(CrO2)2(к)
-2068,6
120,9
-1936,4
102.
Ca(NO3)2(р)
-958,2
239,9
-776,7
103.
77.
78.
79.
80.
Ca(NO3)2(к)
-939,0
193,4
-743,7
известковая вода (взвесь Ca(OH)2 в
104.
воде – известковое молоко)
Ca(OH)2(р)
-1003,5
-74,5
-868,7
гашёная известь, портландит
Ca(OH)2(к)
-985,9
83,4
-898,3
105.
15
№
п/п
Примечание
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
°
Δ𝑓𝑓 H298
кДж
�
�
моль
Ca3(PO4)2(к)
-4123,5
CaC2(к)
108.
106.
°
Δ𝑓𝑓 G298
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
кДж
�
�
моль
236,1
-3887,4
-795,0
113,6
-750,2
CaCl2(р)
-877,7
59,9
-816,6
109.
CaCl2(к)
-795,8
108,4
-749,2
110.
CaCl2·6H2O(к)
-2599,6
285,1
-2198,9
CaCO3(к)
-1206,6
91,7
-1128,1
CaCrO4(к)
-1380,0
133,9
-1308,8
CaF2(к)
-1228,0
68,5
-1175,6
114.
CaH2(к)
-177,0
41,4
-138,0
115.
CaHPO4(к)
-1815,6
111,5
-1682,4
116.
CaHPO4·2H2O(к)
-2405,2
189,6
-2156,2
CaO(к)
-634,9
38,1
-603,3
118.
CaO2(к)
-651,7
43,1
-598,0
119.
CaS(к)
-475,0
56,5
-469,9
120.
CaSiO3(к)
-1636,0
82,0
-1550,8
107.
111.
карбид кальция
мел, мрамор, известняк
112.
113.
117.
флюорит, плавиковый шпат
негашёная известь
121.
ангидрит
CaSO4(к)
-1434,0
107,0
-1321,7
122.
полуводный гипс
CaSO4·0,5H2O(к)
-1577,8
130,6
-1437,8
123.
двуводный гипс
CaSO4·2H2O(к)
-2024,0
194,3
-1798,7
124.
CaWO3(к)
-1683,6
151,0
-1533,9
125.
CCl4(г)
-95,6
309,4
-53,2
126.
Cd(к)
0,0
51,8
0,0
127.
CdO(к)
-258,4
55,2
-228,8
CdS(к)
-149,4
72,2
-145,9
CdSe(к)
-144,8
86,7
-142,6
128.
сфалерит, вюрцит
129.
130.
тетрафторметан
CF4(г)
-933,2
261,3
-888,6
131.
формальдегид, муравьиный
альдегид
CH2O(г)
-108,7
218,7
-102,7
132.
уксусная кислота
CH3COOH(г)
-434,8
282,5
-376,7
133.
уксусная кислота
CH3COOH(ж)
-484,1
159,8
-389,4
134.
нитрометан
CH3NO2(г)
-75,0
-
-
135.
метанол, метиловый или
древесный спирт
CH3OH(ж)
-238,8
126,9
-166,5
136.
метан
CH4(г)
-74,6
186,3
-50,6
137.
Cl2(г)
0,0
223,0
0,0
138.
Cl2O(г)
79,0
267,8
96,2
139.
ClO(г)
101,6
225,0
98,4
140.
ClO2(г)
105,0
256,8
122,8
CO(CH3)2(ж)
-247,7
200,0
-
141.
ацетон
16
№
п/п
Примечание
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
°
Δ𝑓𝑓 H298
кДж
�
�
моль
°
Δ𝑓𝑓 G298
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
кДж
�
�
моль
142.
металлический кобальт
Co(к)
143.
угарный газ, окись углерода
CO(г)
-110,5
197,5
-137,2
144.
мочевина, карбамид
CO(NH2)2(к)
-319,2
-
-
Co(OH)2(к)
-539,7
84,0
-455,7
CO2(г)
-393,5
213,7
-394,4
Co3O4(к)
-911,4
109,3
-794,9
145.
146.
углекислый газ, двуокись
углерода
147.
0,0
30,0
0,0
148.
хлорид кобальта (II)
CoCl2(к)
-311,1
109,2
-268,2
149.
фосген
COCl2(г)
-219,5
283,6
-205,3
150.
COF2(г)
-640,0
258,9
-624,5
151.
CoO(к)
-237,5
52,9
-213,8
CoS(к)
-80,8
67,4
-82,8
COS(г)
-141,7
231,5
-168,9
Cr(к)
0,0
23,6
0,0
155.
Cr2O3(к)
-1140,6
81,1
-1059,0
156.
CrN(к)
-117,0
37,7
-92,7
157.
CrOOH(к)
-638,0
65,0
-567,3
152.
оксид кобальта (II)
153.
154.
металлический хром
158.
сероуглерод
CS2(г)
116,7
237,8
66,6
159.
сероуглерод
CS2(ж)
88,7
151,0
64,4
160.
металлическая медь
Cu(к)
0,0
33,2
0,0
161.
Cu(OH)2(к)
-445,0
78,0
-358,3
162.
Cu2O(к)
-173,1
92,6
-150,4
163.
Cu2S(к)
-75,8
116,2
-81,1
164.
CuCl(к)
-136,2
87,7
-119,2
165.
CuCl2(к)
-218,0
108,1
-173,9
166.
CuCl2·2H2O(к)
-818,6
190,6
-660,1
167.
CuCO3(к)
-595,4
88,0
-518,3
168.
CuO(к)
-162,0
42,7
-134,3
169.
CuS(к)
-55,7
67,2
-56,3
170.
CuSO4(к)
-769,9
109,0
-661,9
CuSO4·5H2O(к)
-2279,4
300,0
-1879,9
F2(г)
0,0
202,7
0,0
Fe(CO)5(ж)
-764,0
338,0
-695,2
174.
Fe(к)
0,0
27,3
0,0
175.
Fe(OH)2(к)
-565,0
93,0
-484,5
176.
Fe(OH)3(к)
-842,0
105,0
-715,1
Fe2O3(к, гематит)
-823,0
87,4
-741,1
171.
медный купорос
172.
173.
177.
пентакарбонилжелезо
гематит
17
№
п/п
Примечание
°
Δ𝑓𝑓 H298
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
кДж
�
�
моль
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
°
Δ𝑓𝑓 G298
кДж
�
�
моль
178.
маггемит
Fe2O3(к, маггемит)
179.
железная окалина
Fe3O4(к)
-1113,0
146,2
-1009,9
180.
FeCl2(р)
-423,7
-24,7
-341,6
181.
FeCl2(к)
-341,7
118,1
-302,3
182.
FeCl3(р)
-550,5
-146,5
-398,5
183.
FeCl3(к)
-396,0
147,8
-332,2
184.
FeFe2O4(к)
-1113,0
146,2
-1009,9
185.
FeO(к)
-263,0
60,8
-242,4
186.
FeOOH(к)
-558,4
60,4
-487,7
187.
FeS(к)
-101,3
60,3
-101,6
-804,0
91,8
-723,4
188.
марказит
FeS2(к, марказит)
-166,7
53,9
-155,5
189.
пирит
FeS2(к, пирит)
-171,0
52,9
-159,5
190.
атомарный водород
H(г)
218,0
114,6
203,3
191.
молекулярный водород
H2(г)
0,0
130,6
0,0
192.
пары воды
H2O(г)
-241,8
188,7
-228,6
193.
жидкая вода
H2O(ж)
-285,8
70,0
-237,2
194.
перекись водорода
H2O2(ж)
-187,8
109,6
-120,4
195.
сероводородная кислота
H2S(р)
-39,8
121,4
-27,9
196.
сероводород
H2S(г)
-20,6
205,7
-33,4
197.
селеноводород
H2Se(г)
30,0
219,0
16,2
198.
водный р-р сернистой
кислоты
H2SO3(р)
-609,2
232,4
-538,3
199.
водный р-р серной кислоты
H2SO4(р)
-909,9
20,1
-745,1
200.
пары серной кислоты
H2SO4(г)
-732,7
299,2
-651,2
201.
жидкая серная кислота
H2SO4(ж)
-814,5
157,0
-690,6
202.
теллуроводород
H2Te(г)
99,6
228,3
85,2
203.
борная кислота
H3BO3(к)
-1094,8
90,0
-969,8
204.
водный р-р ортофосфорной
кислоты
H3PO4(р)
-1278,2
-221,9
-1119,9
205.
ортофосфорная кислота
H3PO4(к)
-1279,9
110,6
-1119,9
206.
HBO2(к)
-804,6
49,0
-736,9
207.
HBr(г)
-36,3
198,6
-53,4
208.
соляная кислота
HCl(р)
-167,3
56,5
-131,4
209.
хлороводород
HCl(г)
-92,3
186,8
-95,3
HClO(г)
-75,7
236,5
-63,0
210.
211.
циановодород
HCN(г)
132,0
201,7
121,6
212.
муравьиная кислота
HCOOH(г)
-378,8
248,8
-351,5
213.
муравьиная кислота
HCOOH(ж)
-424,7
129,0
-361,4
18
№
п/п
Примечание
°
Δ𝑓𝑓 H298
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
кДж
�
�
моль
°
Δ𝑓𝑓 G298
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
кДж
�
�
моль
214.
плавиковая кислота
HF(р)
215.
пары фтороводорода
HF(г)
-273,3
173,7
-275,4
216.
жидкий фтороводород
HF(ж)
-303,0
-
-
217.
пары ртути
Hg(г)
61,4
174,9
31,9
218.
жидкая ртуть
Hg(ж)
0,0
75,9
0,0
219.
каломель
Hg2Cl2(к)
-265,1
192,0
-210,6
220.
HgO(к)
-90,9
70,3
-58,6
221.
HgS(к)
-59,0
85,3
-52,3
222.
HgSe(к)
-59,4
103,0
-54,9
-321,0
91,0
-298,0
223.
йодоводород
HI(г)
26,5
206,5
1,7
224.
пары азотной кислоты
HNO3(г)
-133,9
266,8
-73,7
225.
жидкая азотная кислота
HNO3(ж)
-174,1
155,6
-80,7
226.
хлорноватистая кислота
HOCl(г)
-75,7
236,5
-63,0
227.
йод кристаллический
I2(к)
0,0
116,1
0,0
228.
пары йода
I2(г)
62,4
260,6
19,4
229.
металлический калий
K(к)
0,0
64,7
0,0
230.
тетраборат калия
K2B4O7(к)
-3334,2
187,4
-2998,8
231.
поташ
K2CO3(к)
-1151,5
155,5
-1065,9
232.
дихромат калия
K2Cr2O7(к)
-2062,8
288,8
-1883,2
233.
хромат калия
K2CrO4(к)
-1382,8
193,0
-1286,0
234.
KBr(к)
-393,5
95,9
-380,1
235.
KCl(р)
-419,8
159,1
-414,8
236.
KCl(к)
-436,5
82,6
-408,6
237.
KClO4(к)
-433,0
151,1
-303,4
238.
KCN(к)
-112,5
137,0
-103,9
239.
KF(к)
-569,9
66,5
-540,2
KHCO3(к)
-959,3
128,7
-860,6
KI(к)
-329,3
106,1
-324,3
240.
гидрокарбонат калия
241.
242.
перманганат калия
KMnO4(к)
-813,4
171,7
-713,8
243.
манганат калия, ромбич.
K2MnO4(к)
-1180,0
–
–
KNO2(р)
-357,1
225,7
-315,7
KNO2(к)
-365,9
152,1
-302,3
KNO3(р)
-460,1
249,1
-394,9
244.
245.
нитрит калия
246.
247.
калиевая селитра, нитрат
калия
KNO3(к)
-494,0
132,9
-394,1
248.
тетраэдрич.
KO2(к)
-284,0
117,0
-238,0
249.
тетраэдрич.
KO3(к)
-261,0
105,0
-181,0
19
№
п/п
Примечание
°
Δ𝑓𝑓 H298
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
кДж
�
�
моль
°
Δ𝑓𝑓 G298
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
кДж
�
�
моль
250.
кубич.
K2O(к)
251.
ромбич.
K2O2(к)
-443,0
117,0
-378,2
KOH(р)
-482,7
91,7
-440,8
KOH(к)
-424,6
78,9
-378,8
254.
K2S(к)
-381,0
104,7
-364,3
255.
K2SO3·2H2O(к)
-1116,7
156,5
-1025,0
256.
K2SO4(к)
-1437,7
175,6
-1319,6
257.
Mg(к)
0,0
32,7
0,0
258.
Mg(OH)2(к)
-924,4
63,2
-833,4
259.
Mg3N2(к)
-461,3
85,0
-400,3
260.
MgBr2(к)
-526,0
117,0
-505,8
261.
MgCl2(к)
-644,3
89,6
-594,8
262.
MgCO3(к)
-1096,0
65,1
-1012,3
252.
253.
едкое кали, каустический
поташ
-361,7
96,0
-321,2
263.
периклаз
MgO(к)
-601,6
27,0
-569,3
264.
английская соль, горькая соль
MgSO4(к)
-1288,8
91,6
-1174,5
265.
MgSO4·7H2O(к)
-3384,0
-
-
266.
Mn(к)
0,0
31,9
0,0
267.
Mn(OH)2(к)
-696,0
99,0
-615,9
268.
Mn3O4(к)
-1383,4
164,1
-1281,5
Mn3O4(к, гаусманнит)
-1383,4
164,1
-1281,5
270.
MnCl2(к)
-481,2
118,2
-440,4
271.
MnO2(к)
-520,1
52,8
-465,2
MnO2(к, пиролюзит)
-520,1
52,8
-465,2
MnOOH(к)
-638,0
65,0
-567,3
Mo(к)
0,0
28,6
0,0
275.
Mo2B(к)
-107,0
66,9
-108,2
276.
Mo2B5(к)
-257,0
80,6
-255,2
277.
MoB(к)
-105,0
33,9
-104,8
278.
MoO3(к)
-744,6
77,7
-667,5
279.
MoS2(к)
-278,0
62,6
-269,0
269.
272.
гаусманнит, гаусманит
пиролюзит
273.
274.
металлический молибден
280.
атомарный азот
N(г)
472,7
153,2
455,6
281.
молекулярный азот
N2(г)
0,0
191,5
0,0
282.
N2O3(г)
86,6
314,6
141,6
283.
N2O4(г)
9,2
304,4
97,9
284.
металлический натрий
Na(к)
0,0
51,3
0,0
285.
кальцинированная сода
Na2CO3(к)
-1129,2
135,0
-1045,4
20
№
п/п
Примечание
286.
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
°
Δ𝑓𝑓 H298
кДж
�
�
моль
Na2CO3·10H2O(к)
-4083,5
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
°
Δ𝑓𝑓 G298
кДж
�
�
моль
564,7
-3424,3
287.
оксид натрия
Na2O(к)
-414,6
75,0
-375,8
288.
пероксид натрия
Na2O2(к)
-512,0
94,8
-448,5
289.
Na2SiO3(к)
-1525,4
113,8
-1427,7
290.
Na2SO4(к)
-1378,9
149,6
-1270,1
291.
Na2SO4·10H2O(к)
-4324,2
591,9
-3642,9
292.
Na3AlF6(к)
-3322,4
238,2
-3157,8
293.
Na3PO4(к)
-1935,5
224,7
-1819,0
294.
NaBO2(к)
-976,5
73,5
-920,2
295.
NaBr(к)
-361,2
86,9
-349,1
296.
NaCl(к)
-411,3
72,2
-384,2
297.
NaClO3(к)
-365,4
129,7
-275,0
298.
NaClO4(к)
-383,6
142,3
-255,1
299.
цианид натрия
NaCN(к)
-89,8
118,5
-80,4
300.
тиоцианат (роданид) натрия
NaCNS(к)
-410,0
113,0
-362,4
NaF(к)
-576,6
51,2
-546,3
301.
302.
питьевая сода
NaHCO3(к)
-947,7
102,0
-851,9
303.
натриевая селитра
NaNO3(к)
-467,7
116,4
-366,9
NaOH(р)
-470,4
48,1
-419,2
305.
каустик, каустическая сода,
едкий натр
NaOH(к)
-425,9
64,4
-379,8
306.
трифторид азота
NF3(г)
-131,7
260,7
-90,2
307.
аммиак
NH3(г)
-45,9
192,7
-16,4
308.
нашатырь
NH4Cl(р)
-299,9
169,0
-210,8
309.
хлористый аммоний
NH4Cl(к)
-314,6
94,6
-203,1
NH4NO3(р)
-340,1
260,0
-190,1
NH4NO3(к)
-365,6
150,8
-183,9
312.
Ni(к)
0,0
29,9
0,0
313.
Ni(OH)2(к)
-532,0
80,0
-446,9
314.
Ni(OH)3(к)
-678,2
81,6
-541,8
315.
NiO(к)
-239,7
37,8
-211,5
316.
NiOOH(к)
-392,0
55,0
-318,9
317.
NiSO4(к)
-873,5
103,9
-763,8
318.
NiSO4·7H2O(к)
-2977,4
378,9
-2463,3
319.
NO(г)
91,3
210,6
87,6
320.
NO2(г)
34,2
240,1
52,3
321.
NO2Cl(г)
12,5
272,1
54,3
304.
310.
311.
аммиачная селитра
21
№
п/п
Примечание
°
Δ𝑓𝑓 H298
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
кДж
�
�
моль
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
°
Δ𝑓𝑓 G298
кДж
�
�
моль
322.
NO2F(г)
323.
NOCl(г)
52,7
261,5
67,1
-109,0
259,3
-66,4
324.
атомарный кислород
O(г)
249,2
161,0
231,8
325.
молекулярный кислород,
дикислород
O2(г)
0,0
205,0
0,0
326.
озон, трикислород
O3(г)
141,8
238,9
162,3
P(к)
-17,6
22,8
-11,9
327.
328.
чёрный фосфор
P(к, черн.)
-38,9
22,7
-33,5
329.
красный фосфор
P(к, красн.)
-17,6
22,8
-11,9
330.
белый фосфор
P(к, бел.)
0,0
41,1
0,0
331.
газообразный атомарный
фосфор
P(г)
316,5
163,1
280,1
332.
P2O3(к)
-1606,0
356,3
-1479,8
333.
P2O3(г)
-684,6
312,6
-661,6
334.
P2O5(к)
-1505,1
115,5
-1362,2
335.
P2O5(г)
-1124,4
366,5
-1056,3
336.
P4(г)
58,9
279,8
24,5
337.
P4O10(к)
-3010,1
231,0
-2724,3
338.
Pb(к)
0,0
64,8
0,0
339.
Pb(NO3)2(к)
-451,7
217,0
256,9
Pb3O4(к)
-720,0
211,3
-602,8
341.
PbC2O4(к)
-827,3
146,1
-698,7
342.
PbCl2(к)
-359,4
136,0
-314,2
343.
PbCO3(к)
-699,6
131,0
-625,9
344.
PbI2(к)
-176,0
174,9
-174,2
340.
сурик
345.
глёт
PbO(к, глёт)
-218,6
67,8
-188,9
346.
массикот
PbO(к, массикот)
-218,1
68,7
-188,7
347.
PbO2(к)
-276,0
71,9
-217,0
348.
PbS(к)
-99,5
91,2
-97,8
349.
PbSO4(к)
-920,6
148,7
-813,7
350.
PCl3(г)
-289,5
311,6
-270,4
351.
PCl5(г)
-376,0
367,1
-307,0
352.
PF3(г)
-957,4
272,9
-935,9
353.
PF5(г)
-1593,3
300,9
-1519,7
PH3(г)
22,9
210,1
30,9
355.
POCl3(г)
-568,4
324,4
-522,6
356.
POF3(г)
-1252,0
285,3
-1203,6
357.
Pt(к)
0,0
41,6
0,0
354.
фосфин
22
№
п/п
Примечание
°
Δ𝑓𝑓 H298
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
кДж
�
�
моль
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
°
Δ𝑓𝑓 G298
кДж
�
�
моль
358.
PtCl4(к)
359.
S(к)
0,4
32,6
0,2
-229,3
267,9
-163,8
360.
моноклинная сера
S(к, монокл.)
0,4
32,6
0,2
361.
ромбическая сера
S(к, ромб.)
0,0
32,1
0,0
362.
S2(г)
128,6
228,1
79,7
363.
S8(г)
101,3
432,4
48,8
364.
Se(к)
0,0
42,3
0,0
365.
SeO2(к)
-225,5
66,7
-171,6
366.
SF4(г)
-760,0
296,6
-718,0
367.
SF6(г)
-1219,4
291,6
-1115,5
368.
Si(к)
0,0
18,8
0,0
369.
SiC(к)
-71,9
16,5
-69,5
370.
SiF4(г)
-1615,0
282,6
-1572,8
371.
SiH4(г)
34,7
204,1
57,3
372.
кварцевое стекло
SiO2(ам)
-903,5
46,9
-850,7
373.
кристобалит
SiO2(к, кристобалит)
-908,0
43,4
-854,2
374.
кварц
SiO2(к, кварц)
-910,7
41,5
-856,3
375.
тридимит
SiO2(к, тридимит)
-905,2
43,5
-851,4
Sn(к)
0,0
51,2
0,0
376.
377.
серое олово
Sn(к, сер.)
-2,1
44,2
-0,1
378.
белое олово
Sn(к, бел.)
0,0
51,2
0,0
379.
Sn(OH)2(к)
-506,3
87,7
-491,6
380.
SnO(к)
-280,7
57,2
-251,9
381.
SnO2(к)
-577,6
49,0
-515,9
382.
SnS(к)
-109,7
77,0
-107,8
383.
SnS2(к)
-141,8
87,4
-133,5
384.
SO(г)
4,8
221,8
-21,2
385.
SO2(г)
-296,8
248,1
-300,1
386.
SO3(г)
-395,9
256,4
-371,1
387.
Te(к)
0,0
49,4
0,0
388.
TeO2(к)
-324,8
70,4
-269,9
389.
Ti(к)
0,0
30,7
0,0
390.
Ti2O3(к)
-1520,0
77,3
-1433,0
391.
TiCl4(ж)
-803,7
252,3
-736,8
392.
TiO(к)
-542,0
34,8
-512,6
TiO2(к, анатаз)
-940,4
50,1
-885,0
393.
анатаз
23
№
п/п
394.
Примечание
рутил
°
Δ𝑓𝑓 H298
Хим. ф-ла и
состояние
вещества
TiO2(к, рутил)
кДж
�
�
моль
-944,0
°
S298
Дж
�
�
моль ∙ К
50,6
°
Δ𝑓𝑓 G298
кДж
�
�
моль
-888,8
395.
Tl(к)
0,0
64,3
0,0
396.
Tl2O3(к)
-387,0
160,0
-304,7
397.
U(к)
0,0
50,2
0,0
398.
U3O8(к)
-3574,8
282,6
-3369,6
399.
U4O9(к)
-4512,0
334,1
-4276,7
400.
UF3(к)
-1508,7
123,4
-1439,9
401.
UF6(к)
-2197,7
227,8
-2069,4
402.
UO2(к)
-1085,0
77,0
-1031,9
403.
UO2F2(к)
-1653,6
153,5
-1557,5
404.
V(к)
0,0
28,7
0,0
405.
V2O3(к)
-1216,8
94,5
-1136,2
406.
V2O5(к)
-1551,0
130,5
-1420,0
407.
VCl2(к)
-451,0
99,4
-405,6
408.
VCl3(к)
-580,6
131,1
-511,4
409.
VO(к)
-430,8
33,5
-401,7
W(CO)6(г)
-878,0
501
-826
411.
W(к)
0,0
32,6
0,0
412.
W2C(к)
-23,4
64,0
-24,3
413.
WO2(к)
-588,1
50,6
-532,3
414.
WS2(к)
-240,8
67,8
-232,2
415.
Zn(к)
0,0
41,6
0,0
416.
Zn(OH)2(к)
-645,6
77,0
-556,1
417.
ZnO(к)
-350,5
43,6
-320,5
418.
ZnS(к)
-194,8
58,8
-190,4
410.
гексакарбонилванадий
419.
сфалерит (куб. (α))
ZnS(к, сфалерит)
-200,5
58,7
-196,0
420.
вюрцит/вюрцит (гекс. (β))
ZnS(к, вюрцит/вюрцит)
-194,8
58,8
-190,4
ZnSe(к)
-159,0
70,3
-154,9
421.
24