58. Возможно ли протекание реакции СаСО3(к) = CaO(к) + CO2(г) при температурах 25, 500 и 1500 °C? Пренебрегая

Апельсиновый_Шериф

62

Чтобы определить возможность протекания реакции \(\text{CaCO}_3(\text{к}) = \text{CaO}(\text{к}) + \text{CO}_2(\text{г})\) при указанных температурах, мы должны рассмотреть изменение свободной энергии Гиббса (\(\Delta G\)) для этой реакции. Если \(\Delta G < 0\), то реакция может протекать.

Формула для расчета изменения свободной энергии Гиббса (\(\Delta G\)) выглядит следующим образом:
\(\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S\),
где \(\Delta H\) - изменение энтальпии системы, \(T\) - температура в кельвинах и \(\Delta S\) - изменение энтропии системы.

Для начала рассчитаем изменение энтропии системы (\(\Delta S\)). Мы можем использовать стандартные абсолютные энтропии из таблицы 3:
\(\Delta S = \sum \nu_i \cdot S_i\),
где \(\nu_i\) - коэффициенты стехиометрического уравнения реакции, а \(S_i\) - абсолютные энтропии веществ.

Для данной реакции стехиометрические коэффициенты равны 1 для всех веществ. Подставим значения из таблицы и рассчитаем \(\Delta S\):
\(\Delta S = S_{\text{CaO}} + S_{\text{CO}_2} - S_{\text{CaCO}_3}\),
\(\Delta S = 39,70 \, \text{Дж/(моль} \cdot \text{К)} + 213,6 \, \text{Дж/(моль} \cdot \text{К)} - 92,90 \, \text{Дж/(моль} \cdot \text{К)}\).

Теперь найдем изменение энтальпии (\(\Delta H\)) для этой реакции. В условии сказано, что мы должны игнорировать зависимость энтропии от температуры, поэтому можно считать, что значения энтропий постоянны. Тогда для нашей реакции \(\Delta H\) будет равно 0, так как \(\Delta H = \sum \nu_i \cdot H_i\), и коэффициенты стехиометрического уравнения равны 0 для изначальных веществ.

Теперь, зная \(\Delta H\) и \(\Delta S\), мы можем рассчитать \(\Delta G\) для каждой температуры.

При температуре 25 °C (или 25 + 273 = 298 K):
\(\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S\),
\(\Delta G = 0 - 298 \cdot (\Delta S)\).

При температуре 500 °C (или 500 + 273 = 773 K):
\(\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S\),
\(\Delta G = 0 - 773 \cdot (\Delta S)\).

При температуре 1500 °C (или 1500 + 273 = 1773 K):
\(\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S\),
\(\Delta G = 0 - 1773 \cdot (\Delta S)\).

Теперь рассчитаем значения \(\Delta G\) для каждой температуры, используя значения \(\Delta S\):

При 25 °C:
\(\Delta G = 0 - 298 \cdot (\Delta S)\).

При 500 °C:
\(\Delta G = 0 - 773 \cdot (\Delta S)\).

При 1500 °C:
\(\Delta G = 0 - 1773 \cdot (\Delta S)\).

Таким образом, расчеты позволяют нам рассчитать изменение свободной энергии Гиббса для данной реакции при указанных температурах и сделать вывод о ее возможности. Попробуем его провести.