В какую сторону идет химическая реакция

Задача 6. В какую сторону идет химическая реакция?
Решение
1) Стандартная энергия Гиббса реакции (1) равна удвоенной энергии Гиббса образования
NiO:
DG = 2×(–72.1) = – 144.2 кДж/моль.
При Т = 1900 К получаем константу равновесия и равновесное давление кислорода:
æ DG o ö
1
144200 ö
÷ = exp æç = exp ç K=
÷ = 9215 ,
ç RT ÷
p(O 2 )
8.314 ×1900 ø
è
è
ø
1
p(O 2 ) =
1.085
= ×10-4 атм = 0.0825 Торр.
K
Если давление кислорода больше равновесного, то реакция идет слева направо. Условию
задачи удовлетворяет интервал давлений
0.0825 Торр < p(O2) < 1 Торр.
2) Возможность протекания реакции в определенном направлении определяет величина DG, а
не DG°. Для реакции (2) справедливо соотношение (изотерма химической реакции):
DG = DG o + RT ln p(CO)2
(концентрации твердых веществ постоянны и в уравнение изотермы не входят). Реакция
может идти слева направо при DG < 0:
DGo > - RT ln p (CO) 2 ,
æ DG o ö
÷
p(CO) < exp ç ç 2 RT ÷
è
ø
По данным таблицы 1 находим:
DG° = –162.6 + 2×(–200.2) – (–757.8) = 194.8 кДж/моль.
194800 ö
æ
–6
p(CO) < exp ç ÷ = 8.17×10 атм.
2
×
8.314
×
1000
è
ø
Если давление СО в системе меньше указанного, реакция может идти слева направо.
3) По данным таблицы (1), получим выражение для DG реакции (3)
p (NH 3 ) 2
12
DG = DG o + RT ln
=
2
×
(
16260)
+
8.314
×
300
×
ln
=
p(H 2 )3 p(N 2 )
0.53 × 3
= –30100 Дж/моль = –30.1 кДж/моль.
При температуре 300 К реакция (3) может протекать только слева направо. Реакция, однако,
не идет в этом направлении из-за очень низкого значения константы скорости. Реакция
справо налево – термодинамически запрещена.