Какова энергия Гиббса для реакции: 2NH3(г) + 5/2 O2(г) = 2NO(г) + 3Н2О(ж)? Может ли эта реакция происходить

Laki

30

Для того чтобы рассчитать энергию Гиббса реакции, нам необходимо знать связанные с этой реакцией термодинамические данные, такие как стандартные энтальпии образования для каждого вещества.

Стандартная энтальпия образования (ΔH°f) - это тепловой эффект при образовании 1 моля соединения из его элементарных веществ в стандартных условиях (1 атм давления и 25°C температуры).

В данной реакции у нас есть:
- 2 моля NH3(г) (аммиак)
- 5/2 моля O2(г) (кислород)
- 2 моля NO(г) (оксид азота)
- 3 моля Н2О(ж) (вода)

Теперь давайте найдем стандартные энтальпии образования для каждого вещества:

ΔH°f(NH3(г)) = -46.11 кДж/моль
ΔH°f(O2(г)) = 0 кДж/моль (по определению)
ΔH°f(NO(г)) = 90.29 кДж/моль
ΔH°f(H2O(ж)) = -285.83 кДж/моль

Теперь мы можем рассчитать изменение энтальпии (ΔH) реакции:
ΔH = (2 * ΔH°f(NO(г)) + 3 * ΔH°f(H2O(ж))) - (2 * ΔH°f(NH3(г)) + 5/2 * ΔH°f(O2(г)))

Подставляя значения, получаем:
ΔH = (2 * 90.29 кДж/моль + 3 * (-285.83 кДж/моль)) - (2 * (-46.11 кДж/моль) + 5/2 * 0 кДж/моль)

ΔH = (180.58 кДж/моль - 857.49 кДж/моль) - (-92.22 кДж/моль)

ΔH = -676.91 кДж/моль

Теперь давайте рассчитаем изменение энтропии (ΔS) реакции. Используем табличные данные для стандартных энтропий (S°) каждого вещества:

S°(NH3(г)) = 192.77 Дж/(моль·K)
S°(O2(г)) = 205.04 Дж/(моль·K)
S°(NO(г)) = 210.79 Дж/(моль·K)
S°(H2O(ж)) = 69.92 Дж/(моль·K)

ΔS = (2 * S°(NO(г)) + 3 * S°(H2O(ж))) - (2 * S°(NH3(г)) + 5/2 * S°(O2(г)))

Подставляя значения, получаем:
ΔS = (2 * 210.79 Дж/(моль·K) + 3 * 69.92 Дж/(моль·K)) - (2 * 192.77 Дж/(моль·K) + 5/2 * 205.04 Дж/(моль·K))

ΔS = (421.58 Дж/(моль·K) + 209.76 Дж/(моль·K)) - (385.54 Дж/(моль·K) + 512.65 Дж/(моль·K))

ΔS = 631.34 Дж/(моль·K) - 898.19 Дж/(моль·K)

ΔS = -266.85 Дж/(моль·K)

И, наконец, рассчитаем энергию Гиббса (ΔG) реакции при стандартных условиях:

ΔG = ΔH - T * ΔS

Где T - температура в Кельвинах. Для стандартных условий T = 298 K.

ΔG = -676.91 кДж/моль - 298 K * (-0.26685 кДж/(моль·K))

ΔG = -676.91 кДж/моль + 79.61 кДж/моль

ΔG = -597.30 кДж/моль

Таким образом, энергия Гиббса (ΔG) для данной реакции составляет -597.30 кДж/моль.

Отрицательное значение ΔG говорит о том, что реакция будет спонтанной при стандартных условиях и при температуре 298 K.