Известны следующие уравнения термохимии (все реагенты и продукты находятся в газообразном состоянии
Известны следующие уравнения термохимии (все реагенты и продукты находятся в газообразном состоянии): 1)2C^2H^2+5O^2=4CO^2+2H^2; 2)C^2+3O^2+3O^2=2CO^2+2H^2O; 3)2H^2+O^2=2H^2O; 4)Cu+H^2O=CuO+H^2. Определите, могут ли эти реакции протекать самопроизвольно. Используйте имеющуюся информацию.
Сокол 10
Для определения, могут ли реакции протекать самопроизвольно, нам необходимо вычислить изменение свободной энергии (\(\Delta G\)) для каждой реакции и сравнить полученные значения с нулем.Известно, что \(\Delta G\) связано с изменением энтальпии (\(\Delta H\)) и изменением энтропии (\(\Delta S\)) следующим образом: \(\Delta G = \Delta H - T\Delta S\), где \(T\) - температура в кельвинах.
В начале преобразуем уравнения термохимии в термины общего вида реакции:
1) \(2 C_2H_2 + 5 O_2 \rightarrow 4 CO_2 + 2 H_2\)
2) \(C_2 + 3 O_2 + 3 O_2 \rightarrow 2 CO_2 + 2 H_2O\)
3) \(2 H_2 + O_2 \rightarrow 2 H_2O\)
4) \(Cu + H_2O \rightarrow CuO + H_2\)
Рассмотрим первое уравнение и определим изменение стандартной энтальпии (\(\Delta H^\circ\)). Для этого вычитаем сумму энтальпий реагентов из суммы энтальпий продуктов:
\(\Delta H^\circ = (4 \cdot \Delta H^\circ_{CO_2}) + (2 \cdot \Delta H^\circ_{H_2}) - (2 \cdot \Delta H^\circ_{C_2H_2}) - (5 \cdot \Delta H^\circ_{O_2})\)
Аналогично для других уравнений:
\(\Delta H_2 = (2 \cdot \Delta H^\circ_{H_2O}) - (2 \cdot \Delta H^\circ_{H_2}) - \Delta H^\circ_{O_2}\)
\(\Delta H_3 = (2 \cdot \Delta H^\circ_{H_2O}) - (2 \cdot \Delta H^\circ_{H_2}) - \Delta H^\circ_{O_2}\)
\(\Delta H_4 = (\Delta H^\circ_{CuO}) + (\Delta H^\circ_{H_2}) - (\Delta H^\circ_{Cu}) - (\Delta H^\circ_{H_2O})\)
Далее, найдем изменение стандартной энтропии (\(\Delta S^\circ\)) для каждой реакции, используя аналогичные выражения.
Исходя из имеющихся данных (\(\Delta H\) и \(\Delta S\)), можно посчитать изменение свободной энергии (\(\Delta G\)) по формуле \(\Delta G = \Delta H - T\Delta S\), предполагая, что температура \(T\) равна комнатной температуре (около 298 К).
Теперь, подставляем полученные значения \(\Delta G\) для каждой реакции и сравниваем их с нулем. Если \(\Delta G\) меньше нуля, то реакция может протекать самопроизвольно. Если \(\Delta G\) больше нуля, то реакция не может протекать самопроизвольно.
После выполнения всех расчетов, можно определить возможность протекания каждой реакции самопроизвольно.