РГР химия 25 вариант

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
RT1

rGT
2
RT2
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.