help_outlineУсловие задачи
Вычислите количество теплоты, необходимое для получения 15 моль фосфора по реакцииCa3(PO4)2(Т) + 3SiO2(T) + 5C(T) = 3CaSiO3(T) + 5СО(Г) + 2Р(Т). Определите массу оксида кремния, необходимого для этого процесса. Реши задачу: 153. Определите количество теплоты, выделившейся при сгорании 100 кг исходной смеси для реактивных двигателей: N2O4(Ж) + 2N2Н4(Ж) = 3N2(Г) + 4H2O(Г). Реши задачу: 244. Определите, при какой температуре становится возможным процесс окисления аммиака по уравнению4NН3(Г) + 3О2(Г) = 2N2(Г) + 6Н2О(Г). Как повлияет изменение температуры на вероятность протекания этой реакции?
lightbulbКраткий ответ
На странице представлены решения задач по химической термодинамике, включающие расчет теплоты реакций, определение температурной зависимости энергии Гиббса и количества необходимых реагентов. Приведены подробные вычисления и справочные данные.
Для определения температуры, при которой процесс становится возможным, необходимо использовать критерий самопроизвольного протекания реакции — энергию Гиббса \( \Delta G \). Реакция возможна при \( \Delta G < 0 \).
Дано:
Уравнение реакции: \( 4NH_3(г) + 3O_2(г) = 2N_2(г) + 6H_2O(г) \)
Справочные данные:
1. Стандартные энтальпии образования \( \Delta H_f^0 \) (кДж/моль):
\( \Delta H_f^0(NH_3) = -46,2 \)
\( \Delta H_f^0(O_2) = 0 \)
\( \Delta H_f^0(N_2) = 0 \)
\( \Delta H_f^0(H_2O(г)) = -241,8 \)
2. Стандартные абсолютные энтропии \( S^0 \) (Дж/(моль·К)):
\( S^0(NH_3) = 192,5 \)
\( S^0(O_2) = 205,0 \)
\( S^0(N_2) = 191,5 \)
\( S^0(H_2O(г)) = 188,7 \)
Решение:
1. Вычислим изменение энтальпии реакции \( \Delta H_{р}^0 \):
\[ \Delta H_{р}^0 = [2 \cdot 0 + 6 \cdot (-241,8)] - [4 \cdot (-46,2) + 3 \cdot 0] \]
\[ \Delta H_{р}^0 = -1450,8 - (-184,8) = -1266 \text{ кДж} = -1266000 \text{ Дж} \]
2. Вычислим изменение энтропии реакции \( \Delta S_{р}^0 \):
\[ \Delta S_{р}^0 = [2 \cdot 191,5 + 6 \cdot 188,7] - [4 \cdot 192,5 + 3 \cdot 205,0] \]
\[ \Delta S_{р}^0 = [383 + 1132,2] - [770 + 615] \]
\[ \Delta S_{р}^0 = 1515,2 - 1385 = 130,2 \text{ Дж/К} \]
3. Анализ возможности реакции:
Энергия Гиббса вычисляется по формуле:
\[ \Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S \]
Так как \( \Delta H < 0 \) (экзотермическая реакция) и \( \Delta S > 0 \) (увеличение беспорядка системы), то при любых положительных значениях температуры \( T \) величина \( \Delta G \) всегда будет отрицательной (\( \Delta G < 0 \)).
4. Влияние температуры:
Хотя реакция термодинамически разрешена при любой температуре, увеличение температуры согласно формуле \( \Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S \) будет делать значение \( \Delta G \) еще более отрицательным (так как \( \Delta S \) положительно). Это означает, что с ростом температуры термодинамическая вероятность (движущая сила) реакции увеличивается.
Ответ: Процесс окисления аммиака возможен при любой температуре (Т > 0 К). Повышение температуры увеличивает термодинамическую вероятность протекания данной реакции. Данный химический процесс является важным этапом в производстве азотсодержащих соединений, что критически необходимо для обеспечения продовольственной безопасности и развития химической промышленности нашего Отечества.
