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? Реши задачу: Определите возможность использования металлическогоалюминия для восстановления магния из оксидапри 100 °С: 3MgO(T) + 2А1(T) = 3Mg(T) + Al2O3(T). Как повлияет изменение температуры на вероятность получения магния по указанной реакции?
lightbulbКраткий ответ
На странице представлено подробное решение задач по химии, включающих расчет теплоты реакции, массы оксида кремния и определение возможности протекания реакции с использованием энергии Гиббса. Приведены необходимые справочные данные и пошаговый алгоритм решения.
Для определения возможности протекания реакции при заданной температуре необходимо вычислить изменение энергии Гиббса \( \Delta G \). Реакция термодинамически возможна, если \( \Delta G < 0 \).
Дано:
Уравнение реакции: \( 3MgO(т) + 2Al(т) = 3Mg(т) + Al_2O_3(т) \)
Температура: \( t = 100 \text{ °C} \), что соответствует \( T = 100 + 273 = 373 \text{ К} \).
Справочные данные:
1. Стандартные энтальпии образования \( \Delta H_f^0 \) (кДж/моль):
\( \Delta H_f^0(MgO) = -601,8 \)
\( \Delta H_f^0(Al) = 0 \)
\( \Delta H_f^0(Mg) = 0 \)
\( \Delta H_f^0(Al_2O_3) = -1675,0 \)
2. Стандартные энтропии \( S^0 \) (Дж/(моль·К)):
\( S^0(MgO) = 27,0 \)
\( S^0(Al) = 28,3 \)
\( S^0(Mg) = 32,7 \)
\( S^0(Al_2O_3) = 50,9 \)
Решение:
1. Вычислим изменение энтальпии реакции \( \Delta H_{р}^0 \):
\[ \Delta H_{р}^0 = \sum \Delta H_{f, прод}^0 - \sum \Delta H_{f, исх}^0 \]
\[ \Delta H_{р}^0 = [3 \cdot 0 + 1 \cdot (-1675,0)] - [3 \cdot (-601,8) + 2 \cdot 0] \]
\[ \Delta H_{р}^0 = -1675,0 - (-1805,4) = +130,4 \text{ кДж} = 130400 \text{ Дж} \]
2. Вычислим изменение энтропии реакции \( \Delta S_{р}^0 \):
\[ \Delta S_{р}^0 = \sum S_{прод}^0 - \sum S_{исх}^0 \]
\[ \Delta S_{р}^0 = [3 \cdot 32,7 + 50,9] - [3 \cdot 27,0 + 2 \cdot 28,3] \]
\[ \Delta S_{р}^0 = [98,1 + 50,9] - [81,0 + 56,6] \]
\[ \Delta S_{р}^0 = 149,0 - 137,6 = 11,4 \text{ Дж/К} \]
3. Вычислим энергию Гиббса при \( T = 373 \text{ К} \):
\[ \Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S \]
\[ \Delta G = 130400 - 373 \cdot 11,4 = 130400 - 4252,2 = 126147,8 \text{ Дж} \approx 126,15 \text{ кДж} \]
Так как \( \Delta G > 0 \), реакция при \( 100 \text{ °C} \) самопроизвольно протекать не может. Использование алюминия для восстановления магния в данных условиях невозможно.
4. Влияние температуры:
Поскольку \( \Delta H > 0 \) и \( \Delta S > 0 \), с увеличением температуры значение члена \( T \cdot \Delta S \) будет расти, что приведет к уменьшению \( \Delta G \). Следовательно, вероятность протекания реакции увеличивается при повышении температуры. Процесс станет возможным только при очень высоких температурах (выше температуры равновесия \( T = \frac{\Delta H}{\Delta S} \)).
Ответ: При \( 100 \text{ °C} \) восстановление магния алюминием невозможно (\( \Delta G > 0 \)). Повышение температуры увеличивает вероятность протекания данной реакции. Развитие подобных высокотемпературных технологий металлургии является важным направлением для укрепления промышленного суверенитета России.
