Chemia fizyczna

[szkrobek]

Witajcie, mam problem z rozwiązaniem 2 zadań. Zależy mi tylko na podpowiedzi, bo nie mam zielonego pojęcia jak się za nie zabrać..

1) Średnie ciepło molowe benzenu w zakresie temperatur od 0 do 80[C] w warunkach standardowych wynosi 136,3 J/mol*K. Ciepło molowe acetylenu w tym samym zakresie wynosi 43,9 J/mol*K. Efekt cieplny reakcji: 3C2H2 (g) = C6H6 (c) w warunkach standardowych wynosi -630,8 kJ. Oblicz efekt cieplny tej reakcji w temp. 75 [C] w stałej objętości.

2) Oblicz efekt cieplny reakcji H2(g) + S(s) = H2S (g) w warunkach standardowych wiedząc, że ciepło spalania siarkowodoru wynosi -519kJ/mol , ciepło tworzenia wody -286 kJ/mol a spalania siarki -297 kJ/mol. Oblicz ciepło tej reakcji w bombie kalorymetrycznej.

3) Standardowe ciepło reakcji syntezy amoniaku N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g) wynosi -92,3 kJ a zmiana entropii reakcji \Delta S = -198,3 J/K. Czy reakcja przebiega samorzutnie w temperaturze 298K? Określ temperaturę, w której nastąpi zmiana samorzutności reakcji.

Z góry bardzo dziękuję za wszelką pomoc

[michal210]

Witaj,
ponizej przesyłam rozwiązania jak ja bym to tak na szybko zrobił:
zad 1.
w pierwszym zadaniu w mojej ocenie należy skorzystać z prawo Kirchhoffa bo znamy entalpię w warunkach standardowych, które zazwyczaj są przypisane do temp. 298K, a mamy obliczyć efekt energetyczny w temperaturze 75 [C] czyli 348K. W zadaniu jest napisane żeby obliczyć efekt energetyczny w stałej objętości a entalpia przecież tyczy się stałego ciśnienia, ale na razie się tego trzymajmy. Najpierw obliczyć ile wyniesie entalpia, a na końcu przeliczymy entalpię na energię wewnętrzną, czyli na efekt energetyczny w stałej objętości.



Korzystając z powyższego wzoru otrzymujemy:
ΔH=-630800J+(1mol*136,3-3mol*43,9)*(348-298)K=-630570J

Mając już entalpię możemy to przeliczyć na zmianę energii wewnętrznej czyli na efekt energetyczny reakcji w stałej objętości:
ΔH=ΔU+RTΣni
ΔU=ΔH-RTΣni
ΔU=-630570J-8,131*348*(-3)=-621891,2J
Σni - pamiętaj, że w miejsce Σni wstawiamy współczynniki stechiometryczne reagentów gazowych. Właśnie z tego powodu nie uwzględniłem benzenu bo to jest ciecz

Zad 2. W drugim zadaniu mamy do czynienia z prawem Hessa. https://fizyka-kursy.pl/blog/prawo-hesssa

Dlaczego tym razem właśnie to prawo? A no dlatego, że nie zmienia się temperatura w układzie. Jak temperatura się zmienia to korzystamy z Kirchhoffa. Gdy nie ma zmiany temperatury to korzystamy z Hessa. Mamy efekty energetyczne jakiś reakcji i na podstawie tych wartości mamy ustalić efekt energetyczny innej reakcji. Od razu nasuwa się pytanie czy tak można robić? W przypadku entalpii nie ma najmniejszego problemu, dlatego że entalpia jest funkcją stanu tzn. efekt energetyczny reakcji nie zależy od drogi.
Rozwiązanie:
* tutaj w treści zadania wydaje mi się, że jest błąd bo ciepło tworzenia wody wynosi 242kJ a nie 286, dlatego w obliczeniach zastosuję swoją wartość

Najpierw należy wypisać wszystkie reakcje i ich efekty energetyczne

H2S+1,5O2--> SO2+H2O -ΔH1 (wymnożyłem entalpię razy -1 żeby finalnie w bilansie otrzymać reakcję tworzenia siarkowodoru)
H2+0,5O2--> H2O ΔH2
S+O2-->SO2 ΔH3
Reakcje sumarycznie:
SO2+H2O+H2+0,5O2+S+O2 -->H2O+1,5O2+ H2O+SO2
część związków się skraca przez co ostatecznie otrzymujemy:
H2+S --> H2S
Z tego wynika:
ΔHr=-ΔH1+ΔH2+ΔH3=-(-519)+(-242)+(-297)=-20kJ


zad 3.

W trzecim zadaniu ja bym skorzystał z poniższego wzoru:
ΔGr=ΔH-TΔS
Dlaczego trzeba obliczyć tym razem entalpię swobodną?
A no dlatego, że znając wartość tej entalpii można oszacować czy reakcja przebiega samorzutnie czy nie. Poniżej taka reguła, którą warto zapamiętać:
Gdy:
ΔG<0 reakcja biegnie w prawo
ΔG<0 reakcja biegnie w lewo
ΔG=0 reakcja jest w równowadze

No to obliczmy to i sprawdźmy czy reakcja będzie przebiegała samorzutnie w stronę produktów czy nie
ΔGr=ΔH-TΔS=-92300-298*(-198,3)=-33206,6J

Wynik jak widzisz jest mniejszy od zera, wiec reakcja biegnie w prawo, w stronę produktów, czyli dokładnie tak jak pokazuje równanie reakcji