10 жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық 1-бөлім

Элементтерді олардың оксидтерінен сутекпен тотықсыздандырудың

Download 30,24 Mb. bet 69/120 Sana 23.02.2022 Hajmi 30,24 Mb. #143960

Bog'liq
10 сынып химия

Bu sahifa navigatsiya:

• § 33. ГИББС ЭНЕРГИЯСЫНА ЕСЕПТЕР ШЫҒАРУ 1-есеп.

Элементтерді олардың оксидтерінен сутекпен тотықсыздандырудың

термодинамикалық бағалау мүмкіндіктері
	Н,	G = 0	Процестің
Реакция теңдеулері	кДж/	болғандағы	практикада жүзеге
	моль	температура, °С,	асуы
MnO2 + 2H2 = Mn + 2H2O	36	106	Мүмкін
1/2Fe2O3 + 3/2H2 = Fe + 3/2H2O	48	423	Мүмкін
1/2Cr2O3 + 3/2H2 = Cr + 3/2H2O	207	2680	Мүмкін емес
SiO2 + 2H2 = Si + 2H2O	375	2760	Мүмкін емес
CaO + H2 = Ca + H2O	393	6280	Мүмкін емес

Термодинамика,негізінен,химиялықреакциялардың жүру мүмкіндігін бағалауға көмектеседі.

Бірақ реакциялардың жүру жылдамдығы туралы нақты­ мәлімет бере алмайды.

Егер ∆H < 0, ∆S > 0 болса, реакция өздігінен жүреді, ∆H > 0, ∆S < 0 болса, реакция өздігінен жүрмейді; ∆H < 0, ∆S < 0 немесе ∆H > 0, ∆S > 0 болса, реакцияның жүру-жүрмеуі белгісіз.

1. 
   Термодинамикада Гиббс энергиясы қандай рөл атқарады?
   
2. 
   Реакцияның энтальпиясы мен энтропиясының қандай мәндерінде реакция: а) өздігінен жүреді; ә) жүрмейді; б) төмен температурада жүреді; в) тек қана жоғары температурада жүреді?
   

3. 
   Химиялық реакциялардың термодинамикалық мүмкіндігін қандай әдістер анықтайды? Бұл әдістер қандай математикалық теңдеулерге негізделген?
   

4. 
   Келесі химиялық теңдеулер берілген (барлық реагенттер мен өнімдер газ тәрізді күйде болады?
   

а) 2С₂Н₂ + 5О₂ = 4СО₂ + 2Н₂О
ә) С₂Н₄ + 3О₂ = 2СО₂ + 2Н₂О
б) 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О
в) Cu + H₂O = CuO + H₂
44-кестедегі деректерді пайдаланып, өздігінен жүретін реакцияларды анықтаңдар.


5. 43-кестеден термодинамикалық деректерді пайдаланып, 25°С температурада стандартты жағдайда реакцияның өздігінен жүру мүмкіндігін анықтаңдар:
CH₄ + H₂O = CO +3H₂
6. Есептеулер жүргізбей-ақ мына белгілермен (>0, <0, ≅0) тура бағытта жүретін реакцияның G, H және S мәндерінің таңбасын анықтаңдар:
4НBr (г) + O₂(г) ↔ 2 H₂O(г) + 2 Br₂ (г)
Температураның жоғарылауы химиялық реакцияның бағытына қалай әсер етеді?

•1. Стандартты жағдайларда экзотермиялық реакцияның неге жүрмейтінін түсіндіріңдер:

СО₂(г) + Н₂ (г) = СО (г) + Н₂О (с)?

Реакцияның G есептеңдер. Бұл реакция қандай температурада өздігінен жүре алатынын анықтаңдар?

•2. Реакцияның 2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(с) Гиббс энергиясының өзгерісі
G0298 = – 474,46 кДж-ге тең. Термодинамикалық есептеулер жүргізбей тұрып, бұл реакция 298 К температурада қандай фактордың әсерінен (энтальпиялық немесе энтропиялық) жүретінін және реакцияның жүруіне температураның артуы қалай әсер ететінін анықтаңдар.


§ 33. ГИББС ЭНЕРГИЯСЫНА ЕСЕПТЕР ШЫҒАРУ


1-есеп. Есептеулер жүргізбей тұрып, процестердің энтропиясының өзгеруін болжаңдар:

1. 
   Zn (қ) + Cl₂ (г) = ZnCl₂ (қ)
   
2. 
   Fe (қ) = Fe (с)
   

3. 
   N₂ (г) + 3H₂ (г) = 2NH₃ (г)
   
4. 
   H₂O (г) = H₂O (с)
   

Шешуі: Бұл есептің шешуін кесте түрінде берейік (31-кесте).

			31-кесте
№	Процестің реакция	Sреак	Негіздеме
п/п	теңдеуі	таңбасы
1	Zn (қ) + Cl2 (г) = ZnCl2 (қ)	< 0	Газ тәрізді заттардың энтропиясы қат­
			ты заттарға қарағанда жоғары. Реак­
			ция нәтижесінде газ тәрізді заттың
			мөлшері­ төмендейді
2	Fe (қ) = Fe (с)	> 0	Сұйық күйде ретсіздік қатты күйге
			қарағанда­ жоғары
3	N2 (г) + 3H2 (г) = 2NH3 (г)	< 0	Барлық реагенттер газдар болып табы­
			лады және олардың мөлшері реакция
			барысында­ азаяды
4	H2O (г) = H2O (с)	< 0	Сұйық күйде ретсіздік газ тәрізді күйге
			қарағанда төмен

2 есеп. Химиялық процесс H⁰_реак және S⁰_реак таңбалармен сипатталады, олар 32-кестеде көрсетілген:

		32-кесте
Процесс	H0	S0
	реак	реак
а	–	+
ә	+	–
б	–	–
в	+	+

Осы төрт процестің қайсысы (а, ә, б, в) өздігінен жүреді:

• 
  кез келген температурада;
  

• 
  температураның белгілі бір аралығында;
  

• 
  кез келген температурада өздігінен жүруі мүмкін емес?
  

Шешуі. Реакцияның өздігінен жүруіне энтальпия өзгерісінің теріс мәні және реакцияның энтропиясының оң өзгерісі ықпал етеді.

Демек, мына процестер өздігінен жүреді:

— а жағдайында кез келген температурада;
— б және в жағдайларында шекті температуралық аралықта;

— ә жағдайында кез келген температурада өздігінен жүруі мүмкін емес.

3-есеп. Айырылу реакциясының еркін энергиясының өзгеруін стандартты жағдайларда есептеңдер:

		N2O5 (қ) = 2NO2 (г) + 0,5O2 (г)
Реакция қандай температурада өздігінен жүреді? H0								және S0
өзгерісінің температураға тәуелділігін ескермеңдер.						реак		реак
Анықтамалық деректер 33-кестеде келтірілген.
					33-кесте
	Заттың формуласы		H0	,	S,
			түзілу
			кДж/моль		Дж/(моль · К)
	NO2 (г)		33,8		240,2
	N2O5 (қ)		–42,68		178,24
	O2 (г)		0		205

Шешуі:
H⁰_реак = 2 · 33,8 – (– 42,68) = 110,28 кДж/моль;


S⁰_реак = 2 · 240,2 + 0,5 · 205 – 178,24 = 404,66 Дж/(моль · К);


G⁰_реак = 110,28 (кДж/моль) – 298(К) · 0,40466 (кДж/(моль · К)) = =–10,309 кДж/моль.

Реакцияның G° < 0 болғандықтан, реакция стандартты жағдайларда өздігінен жүрмейді.

Реакция өздігінен жүретін температура аралығын бағалау үшін теңсіздікті шешу қажет:

^Gреак. ^{= H}реак. ^{– ТS}реак. ^{< 0.}
Осыдан:
∆H
H_реак. < ТS_реак. және _∆S^реак. < T.

реак.

T > (110,28 (кДж/моль)/0,40466 (кДж/(моль · К)) = 272 К). Т > 272 К.


Жауабы: реакция 272 К немесе –1°С-тан жоғары температурада өздігінен жүреді.

•1. Төменде берілген мәліметтерге сүйеніп, Гиббс энергиясын есеп-теп, реакцияның 1000 және 3000 К температурада өздігінен жүру мүмкіндіктерін анықтаңдар.

Download 30,24 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham: