1) Какой будет тепловой эффект реакции 2PbS(с) + 3O2(г) = 2PbO(с) + 2SO2(г), исходя из термодинамических данных? Какое

Апельсиновый_Шериф

67

Ответ:

1) Для определения теплового эффекта реакции, исходя из термодинамических данных, мы должны использовать закон Гесса. Закон Гесса гласит, что общая энергия изменения реакции не зависит от пути реакции, но зависит только от начальной и конечной точек. Используем следующие термодинамические данные:

\[
\begin{align*}
\Delta H_f^\circ(\text{PbS}) &= -98\ \text{кДж/моль} \\
\Delta H_f^\circ(\text{PbO}) &= -186\ \text{кДж/моль} \\
\Delta H_f^\circ(\text{SO}_2) &= -297\ \text{кДж/моль} \\
\end{align*}
\]

Тепловой эффект реакции можно рассчитать, используя следующую формулу:

\[
\Delta H_r^\circ = \sum \nu \Delta H_f^\circ(\text{продукты}) - \sum \nu \Delta H_f^\circ(\text{реагенты})
\]

где \(\nu\) - это коэффициенты перед соответствующими веществами в сбалансированном уравнении реакции. В данном случае, уравнение реакции уже сбалансировано и коэффициенты равны 2 и 3 для PbS и O2 соответственно.

Теперь подставим значения и рассчитаем:

\[
\Delta H_r^\circ = 2 \cdot \Delta H_f^\circ(\text{PbO}) + 2 \cdot \Delta H_f^\circ(\text{SO}_2) - 2 \cdot \Delta H_f^\circ(\text{PbS}) - 3 \cdot \Delta H_f^\circ(\text{O}_2)
\]

\[
\Delta H_r^\circ = 2 \cdot (-186) + 2 \cdot (-297) - 2 \cdot (-98) - 3 \cdot 0 = -592\ \text{кДж}
\]

Тепловой эффект реакции равен -592 кДж.

Чтобы рассчитать количество тепла, поглощенного или выделенного на 1 моль PbS, мы можем использовать энергию изменения реакции, разделенную на количество молей PbS в уравнении реакции:

\[
\text{Количество тепла на 1 моль PbS} = \frac{\Delta H_r^\circ}{2} = \frac{-592}{2} = -296\ \text{кДж}
\]

Таким образом, количество тепла, поглощенного или выделенного на 1 моль PbS, равно -296 кДж.

Если масса PbO равна 1 грамму, мы можем использовать молярную массу PbO (223 г/моль) для определения количества молей PbO:

\[
\text{Количество молей PbO} = \frac{\text{Масса PbO}}{\text{Молярная масса PbO}} = \frac{1\ \text{г}}{223\ \text{г/моль}} \approx 0.0045\ \text{моль}
\]

Теперь, чтобы рассчитать количество тепла, поглощенного или выделенного на 1 грамм PbO, мы можем разделить количество тепла на количество молей PbO:

\[
\text{Количество тепла на 1 грамм PbO} = \frac{\text{Количество тепла на 1 моль PbO}}{\text{Количество молей PbO}} = \frac{-296}{0.0045} \approx -65778\ \text{кДж/г}
\]

Таким образом, количество тепла, поглощенного или выделенного на 1 грамм PbO, равно -65778 кДж/г.

2) Чтобы определить, самопроизвольно ли протекает реакция при температуре 298 K и при 1000 K, мы должны знать изменение свободной энергии (δG) при этих температурах. Если δG меньше нуля, то реакция является самопроизвольной.

Используем следующую формулу для рассчета изменения свободной энергии:

\[
\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S
\]

где \(\Delta H\) - изменение энтальпии реакции, \(T\) - температура, \(\Delta S\) - изменение энтропии реакции.

Используя данное уравнение, мы можем рассчитать \(\Delta G\) при 298 K и при 1000 K, используя соответствующие значения энтальпии и энтропии из термодинамических данных.

Если \(\Delta G\) меньше нуля, то реакция будет самопроизвольной.

3) Чтобы определить, какое окисление характерно для свинца (Pb) в реакции, мы должны рассмотреть изменение стандартной энергии образования PbO и PbS при 298 K.

Стандартная энергия образования обозначает энергию, выделяющуюся или поглощаемую при образовании 1 моля вещества из элементарных веществ в стандартных условиях (25 °C и 1 атм).

Используя данную информацию, мы видим, что стандартная энергия образования PbO (-186 кДж/моль) меньше, чем стандартная энергия образования PbS (-98 кДж/моль).

В расчетах солнцевого окисления окисление соответствует увеличению степени окисления элемента. Таким образом, сравнивая стандартные энергии образования, мы можем сделать вывод, что Pb в PbO имеет окисление +2, а в PbS окисление +4.

4) Чтобы определить, какой фактор (энтальпийный или энтропийный) обеспечивает самопроизвольность реакции, нам необходимо знать изменение свободной энергии (\(\Delta G\)) для данной реакции.

Если \(\Delta G\) отрицательное, то реакция будет самопроизвольной. Если \(\Delta G\) положительное, то реакция не будет самопроизвольной. Если \(\Delta G\) равно нулю, то реакция находится в равновесии.

\(\Delta G\) можно рассчитать с использованием следующей формулы:

\[
\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S
\]

где \(\Delta H\) - изменение энтальпии реакции, \(T\) - температура, \(\Delta S\) - изменение энтропии реакции.

Если \(\Delta G\) отрицательное, то преобладает энтропийный фактор, а если положительное, то преобладает энтальпийный фактор.