На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ΔG 0 298 реакции, протекающей по уравнению CO2(г)+4H2(г)FCH4(г)+2H2O(ж) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? (Решение → 31262)

Заказ №38836

На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ΔG 0 298 реакции, протекающей по уравнению CO2(г)+4H2(г)FCH4(г)+2H2O(ж) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Решение:

На практике мерой вероятности существования системы в том или другом состоянии является энтропия S, связанная с W уравнением Больцмана: S = k lnW, где k = R/NA = 1,38•10–23 Дж/К – константа Больцмана, lnW – натуральный логарифм величины термодинамической вероятности. С увеличением W — числа способов, которым может быть реализовано данное состояние вещества, – возрастает энтропия S. Размерность энтропии определяется размерностью константы Больцмана. Для вещества величина энтропии обычно дается в расчете на 1 моль, тогда ее размерность Дж/(К•моль). В табл. 1 приведено несколько примеров величин W и S. Если рассматриваемая система изолированная, то никакие реакции внутри нее не оказывают влияния на Мир. Поэтому в такой системе условия S > 0 достаточно для возможности протекания самопроизвольного процесса. Однако большинство реальных систем открытые, могут обмениваться с внешней средой веществом и энергией. В этом случае следует учесть изменение энтропии не только системы, но и окружающей среды. В результате химической реакции изменилась не только система (например, водород и кислород превратились в воду), но и окружающая среда, в которую выделилась теплота реакции, при этом ее (среды) энтропия тоже изменилась. Таким образом, информации об энтропиях участвующих в реакции веществ недостаточно для решения вопроса о ее возможности. Должно учитываться изменение энтропии не только системы как разность энтропий продуктов и реагентов, но и энтропии окружающей среды Sср, которая изменилась в результате рассеяния в ней теплоты экзотермической реакции или поглощения системой теплоты из окружающей среды в результате эндотермической реакции Sср = Q/T. Для реакции, проходящей при постоянном давлении (это большинство реакций в природе), Sср = H/T. Теперь критерий возможности самопроизвольного процесса — увеличение энтропии мира Sм: Sм = Sсист + Sср > 0. Можно записать (с учетом того, что Hср = – Нсист): Sм = Sсист + Sср = Sсист + Hср/Т = Sсист – Hсист/Т. Самопроизвольный процесс в некоторой системе (где изменения и энтропии, и энтальпии относятся только к рассматриваемой системе) возможен, если: S – H/Т > 0, или H – T S < 0. Значение этой функции (ее знак): G = H – T S и определяет направление процесса. Функция состояния системы G называется энергией Гиббса, или изобарно-изотермическим потенциалом, или свободной энергией (устар.) системы. В системе в качестве самопроизвольного возможен только тот процесс, в результате которого энергия Гиббса системы уменьшается, G < 0. Это одно из основных уравнений химической термодинамики, т.к. связывает возможность протекания химической реакции в системе с происходящими при этом изменениями H и S.