МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» КАФЕДРА ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА Тюнин Никита Андреевич (фамилия, имя, отчество студента – автор работы) Химия (наименование дисциплины) Основные закономерности протекания химических процессов (химическая термодинамика) (тема РГР) Выполнил: Студент Проверил: Тюнин Никита Андреевич . Преподаватель Апарнев Александр Иванович (Ф. И. О.) (Ф. И. О.) Балл: __________ Группа ЭН1-25 . Оценка: Факультет ФЭН . . ______________________ подпись «___» ______________ 2022 г. . «зачтено» / «незачтено» ______________________ подпись «___» __________________ 2022 г. Новосибирск 2022 Задание. Дано уравнение реакции: SiF4 (г) + 2 H2O(г) = 4 HF (г) + SiO2 (т). 1. Для всех веществ, участвующих в реакции, выпишите из приложения 1 значения 0 0 стандартных термодинамических величин ∆𝑓 𝐻298 и 𝑆298 . 2. 0 Вычислите изменение энтальпии реакции ∆𝑟 𝐻298 и определите, является ли данная реакция экзо- или эндотермической. Запишите термохимическое уравнение реакции. 3. По виду уравнения реакции, не прибегая к расчетам, определите знак изменения энтропии реакции ∆𝑟 𝑆0298 . Вычислив изменение энтропии реакции в стандартных условиях, объясните знак ∆𝑟 𝑆0298 . 4. 0 Вычислите энергию Гиббса прямой реакции в стандартных условиях ∆𝑟 𝐺298 и установите возможность самопроизвольного протекания реакции. 5. Определите температуру, при которой реакция находится в равновесии (Тр). 6. Рассчитайте ∆𝑟 𝐺 при Т1 = Тр – 100 и при Т2 = Тр + 100. 7. Постройте график зависимости r G от Т и обозначьте на графике область температур самопроизвольного протекания реакции. 8. Вычислите значения константы равновесия Kравн при температурах Т1 и Т2. Cделайте вывод о влиянии температуры на величину Kравн и на смещение химического равновесия. Расчеты и пояснения 1. Записываем стандартные энтальпии образования и стандартные энтропии для реагентов и продуктов реакции, используя справочные данные SiF4 H2O HF SiO2 кДж моль -1614.05 -241.82 -268,61 -905,88 Дж K моль 282.0 188.72 173,51 40,38 0 , f H 298 S0 , 298 2. Вычисляем изменение энтальпии при протекании прямой реакции в стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса: изменение энтальпии химической реакции равно разности сумм энтальпий исходных веществ и продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов. 0 0 0 (реагентов); (продуктов реакции) − ∑ 𝑛 ∙ ∆𝑓 𝐻298 ∆𝑟 𝐻298 = ∑ 𝑛 ∙ ∆𝑓 𝐻298 0 0 (𝐻𝐹) 0 (𝑆𝑖𝑂 )) 0 (𝐻 0 ∆𝑟 𝐻298 = (4 ∙ ∆𝑓 𝐻298 + ∆𝑓 𝐻298 − (2 ∙ ∆𝑓 𝐻298 2 2 𝑂) + ∆𝑓 𝐻298 (𝑆𝑖𝐹4 )) 0 ∆𝑟 𝐻298 = (4 ∙ (−268,61) − 905,88) − (2 ∙ (−241,82) − 1614,05) = 117,37 [кДж] 0 ∆𝑟 𝐻298 = 117,37 [кДж] Термохимическое уравнение реакции будет иметь вид: 0 SiF4 (г) + 2 H2O(г) = 4 HF (г) + SiO2 (т); ∆𝑟 𝐻298 = 117,37 кДж 0 Так как r H 298 > 0, то реакция является эндотермической т.е. с поглощением тепла. 0 3. Вычисляем изменение энтропии реакции r S 298 в стандартных условиях, используя 0 следствие из закона Гесса: изменение энтропии r S 298 в процессе химической реакции равно разности сумм энтропий сгорания исходных веществ и продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов. 0 Знак r S 298 будет положительным, так как система в ходе реакции становится менее упорядоченной, в ходе реакции увеличивается общее число моль газовых 0 веществ, характеризующиеся максимальной величиной 𝑆298 . Проведем расчет: 0 0 0 (продуктов реакции) − ∑ 𝑛 ∙ 𝑆298 (реагентов); ∆𝑟 𝑆298 = ∑ 𝑛 ∙ 𝑆298 0 0 (𝐻𝐹) 0 (𝑆𝑖𝑂 )) 0 (𝐻 0 ∆𝑟 𝑆298 = (4 ∙ 𝑆298 + 𝑆298 − (2 ∙ 𝑆298 2 2 𝑂) + 𝑆298 (𝑆𝑖𝐹4 )) 0 ∆𝑟 𝑆298 = (4 ∙ 173,51 + 40,38) − (2 ∙ 188.72 + 282.0) = 74,98 Дж/К 0 ∆𝑟 𝑆298 = 74,98 Дж/К 4. Вычисляем 0 энергию Гиббса прямой реакции в стандартных условиях r G298 , используя формулу: 0 0 0 ∆𝑟 𝐺298 = ∆𝑟 𝐻298 − 𝑇 ∙ r S 298 ; 0 ∆𝑟 𝐺298 = 117,37 − 298 ∙ 74,98 = 95 [кДж] 1000 Данная реакция не будет протекать самопроизвольно в прямом направлении 0 при нормальных условиях, так как ∆𝑟 𝐺298 > 0 (чем выше температура, тем большее значение приобретает член ТΔS, и при высокой температуре данная реакция будет протекать самопроизвольно) 5. Рассчитываем температуру, при которой реакция будет находиться в равновесии. 0 Реакция будет находиться в равновесии при r G298 = 0, тогда Tравн 0 r H 298 117370 1565,35 К 0 r S298 74,98 Рассчитываем r G при Т1 = Травн – 100 и при Т2 = Травн + 100: 6. T1 Tравн 100 1565,35 100 1465,35 К ∆𝑟 𝐺𝑇1 = 117,37 − 1465,35 ∙ 74,98 ≈ 7,5 кДж 1000 T2 Tравн 100 1565,35 100 1665,35K ∆𝑟 𝐺𝑇2 = 117,37 − 1665.35 ∙ 74,98 ≈ −7,5 кДж 1000 7. Строим график зависимости r G от T и определяем область температур самопроизвольного протекания реакции. График зависимости r G от температуры r G ( кДж ) 7.5 Тр –100 Тр Тр + 100 Т, К -7,5 В заштрихованной области реакция протекает самопроизвольно. 8. Вычисляем значения константы равновесия для температур Т1 и Т2: K равн (Т1 ) e K равн (Т 2 ) e rGT 1 RT1 rGT 2 RT2 е е 7500 8.314 1465,35 7500 8.314 1665,35 0,54 1, 72 Вывод: при эндотермической повышении реакции температуры становится больше T константа единицы, равновесия следовательно, самопроизвольному процессу протекания реакции в прямом направление будет способствовать повышение температуры.