Какая температура по абсолютной шкале может представлять начало процесса tio2+2c?

Японец

14

Задача предполагает определение температуры, при которой начинается реакция перехода оксида титана (IV) ${\text{TiO}}_2$ с углеродом (C) в соответствии с уравнением реакции: ${\text{TiO}}_2+2C\to \text{Ti}+2\text{CO}$.

Для определения температуры начала процесса можно воспользоваться понятием стандартной свободной энергии Гиббса $\mathrm{\Delta }{G}^{\circ }$ и термодинамической константы $K$. По уравнению свободной энергии Gibbsa $\mathrm{\Delta }G=\mathrm{\Delta }H-T\mathrm{\Delta }S$, где $\mathrm{\Delta }H$ - изменение энтальпии, $\mathrm{\Delta }S$ - изменение энтропии, а $T$ - температура в Кельвинах.

В условиях стандартных термодинамических условий (температура 298K и давление 1 атмосфера) можно найти стандартную свободную энергию Гиббса.

Мы можем найти стандартные термодинамические функции через таблицу свободной энергии Gibbsa $\mathrm{\Delta }{G}^{\circ }=\mathrm{\Delta }{H}^{\circ }-T\mathrm{\Delta }{S}^{\circ }$, где $\mathrm{\Delta }{H}^{\circ }=\mathrm{\Delta }H$ и $\mathrm{\Delta }{S}^{\circ }=\mathrm{\Delta }S$ теплота и энтропия реакции, измеренные при стандартных условиях.

для данной реакции рассчитаем стандартную свободную энергию Гиббса $\mathrm{\Delta }{G}^{\circ }$ с использованием термодинамических данных:

$\mathrm{\Delta }{H}^{\circ }=$ -393.51 кДж/моль (известно из таблиц)

$\mathrm{\Delta }{S}^{\circ }=$ 44.35 Дж/(К*моль) (известно из таблиц)

Теперь, используя уравнение свободной энергии Гиббса и стандартные термодинамические функции, найдем температуру, при которой $\mathrm{\Delta }{G}^{\circ }=0$, то есть начинается процесс реакции:

$$0=\mathrm{\Delta }{H}^{\circ }-T\mathrm{\Delta }{S}^{\circ }$$

$T=\frac{\mathrm{\Delta }{H}^{\circ }}{\mathrm{\Delta }{S}^{\circ }}$

Подставим известные значения:

$T=\frac{-393.51\text{кДж/моль}}{44.35\text{Дж/(К*моль)}}$

Теперь произведем необходимые преобразования единиц:

$T=\frac{-393.51\times {10}^3\text{Дж/моль}}{44.35\text{Дж/(К*моль)}}\times \frac{1\text{кДж}}{{10}^3\text{Дж}}$

$T=\frac{-393510\text{Дж/моль}}{44.35\text{Дж/(К*моль)}}$

$T\approx -8881\text{K}$

Итак, начало процесса реакции ${\text{TiO}}_2+2C$ с температурой около -8881 K. Заметьте, что это температура, измеренная в абсолютной шкале, где 0 K соответствует абсолютному нулю (-273,15 °C или -459,67 °F).