Задача по Химии, Экзамен. Рассчитайте стандартное измерение энергии Гиббса и константу равновесия при Т=1000Кдля гетерогенной реакции 3Fе (т) + 4Н2О (г) ↔ Fе3О4(т) + 4Н2(г). Укажите, в каком направлении протекает реакция при данной температуре.
Задача по Химии, Экзамен. Рассчитайте стандартное измерение энергии Гиббса и константу равновесия при Т=1000Кдля гетерогенной реакции 3Fе (т) + 4Н2О (г) ↔ Fе3О4(т) + 4Н2(г). Укажите, в каком направлении протекает реакция при данной температуре.
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Для расчета стандартного изменения энергии Гиббса (ΔG∘)(\Delta G^\circ)(ΔG∘) и константы равновесия (K)(K)(K) используем уравнение:
ΔG∘=−RTln(K) \Delta G^\circ = -RT\ln(K)
ΔG∘=−RTln(K)
где RRR - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль⋅К))(8,314 \text{ Дж/(моль}\cdot\text{К)})(8,314 Дж/(моль⋅К)), TTT - температура (1000 К)(1000 \text{ К})(1000 К).
Сначала необходимо рассчитать значение ΔG∘\Delta G^\circΔG∘. Для этого найдем разницу в стандартных энергиях Гиббса продуктов и реактантов:
ΔG∘=∑ΔG∘<em>продукты−∑ΔG∘</em>реактанты \Delta G^\circ = \sum \Delta G^\circ<em>{\text{продукты}} - \sum \Delta G^\circ</em>{\text{реактанты}}
ΔG∘=∑ΔG∘<em>продукты−∑ΔG∘</em>реактанты
Из таблиц стандартных энергий образования известно, что (\Delta G^\circ_{\text{Fe_3O4}} = -1116,1 \text{ кДж/моль}), ΔG∘</em>H<em>2=0 кДж/моль\Delta G^\circ</em>{\text{H<em>2}} = 0 \text{ кДж/моль}ΔG∘</em>H<em>2=0 кДж/моль, ΔG∘</em>H<em>2O=−237,13 кДж/моль\Delta G^\circ</em>{\text{H<em>2O}} = -237,13 \text{ кДж/моль}ΔG∘</em>H<em>2O=−237,13 кДж/моль, ΔG∘</em>Fe=0 кДж/моль\Delta G^\circ</em>{\text{Fe}} = 0 \text{ кДж/моль}ΔG∘</em>Fe=0 кДж/моль.
Подставим значения и найдем:
ΔG∘=(−1116,1 кДж/моль+4⋅0 кДж/моль)−(3⋅0 кДж/моль+4⋅(−237,13 кДж/моль))=−142,24 кДж/моль \Delta G^\circ = (-1116,1 \text{ кДж/моль} + 4\cdot0 \text{ кДж/моль}) - (3\cdot0 \text{ кДж/моль} + 4\cdot(-237,13 \text{ кДж/моль})) = -142,24 \text{ кДж/моль}
ΔG∘=(−1116,1 кДж/моль+4⋅0 кДж/моль)−(3⋅0 кДж/моль+4⋅(−237,13 кДж/моль))=−142,24 кДж/моль
Теперь посчитаем константу равновесия:
ΔG∘=−RTln(K) \Delta G^\circ = -RT\ln(K)
ΔG∘=−RTln(K)
K=e−ΔG∘RT=e(−142,24⋅103 Дж/моль)(8,314 Дж/(моль⋅К)⋅1000 К)≈2,89⋅10−64 K = e^{-\frac{\Delta G^\circ}{RT}} = e^{\frac{(-142,24\cdot10^3 \text{ Дж/моль})}{(8,314 \text{ Дж/(моль}\cdot\text{К)}\cdot1000 \text{ К}})} \approx 2,89\cdot10^{-64}
K=e−RTΔG∘ =e(8,314 Дж/(моль⋅К)⋅1000 К(−142,24⋅103 Дж/моль) )≈2,89⋅10−64
Так как константа равновесия очень мала, это означает, что при температуре 1000К реакция будет протекать в обратном направлении, то есть образование реактантов.