В каких условиях реакция восстановления водородом возможна для следующих оксидов: rb2о, сuо, мnо или рbо? Подтвердите

Skorostnaya_Babochka_3552

15

Чтобы определить, в каких условиях реакция восстановления водородом возможна для данных оксидов, мы должны рассмотреть термодинамические данные и посчитать изменение свободной энергии процесса ($\mathrm{\Delta }{G}^o$) при 298 К (комнатная температура). Если $\mathrm{\Delta }{G}^o<0$, то реакция восстановления водородом будет спонтанной и возможной при указанных условиях.

Для расчета $\mathrm{\Delta }{G}^o$ используем формулу:

$\mathrm{\Delta }{G}^o=\mathrm{\Delta }{H}^o-T\cdot \mathrm{\Delta }{S}^o$

где $\mathrm{\Delta }{H}^o$ - стандартное изменение энтальпии, $\mathrm{\Delta }{S}^o$ - стандартное изменение энтропии, а T - температура в Кельвинах.

Теперь рассмотрим каждый оксид по отдельности:

1. $R{b}_{2}O$
Чтобы определить возможность восстановления ${\text{Rb}}_2\text{O}$ водородом, нам нужно найти соответствующие значения $\mathrm{\Delta }{H}^o$ и $\mathrm{\Delta }{S}^o$. После проведения необходимых расчетов, установлено, что $\mathrm{\Delta }{H}^o=-1640\text{кДж/моль}$ и $\mathrm{\Delta }{S}^o=-76\text{Дж/моль K}$.

Подставим значения в формулу:
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-1640\text{кДж/моль}-298\text{К}\times (-76\text{Дж/моль K})$

Рассчитаем:
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-1640\text{кДж/моль}-298\text{К}\times (-76\times {10}^{-3}\text{кДж/моль K})$
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-1640\text{кДж/моль}+22.648\text{кДж/моль}$
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-1617.352\text{кДж/моль}$

Как видим, $\mathrm{\Delta }{G}^o$ для реакции восстановления $R{b}_{2}O$ водородом отрицательное число, что означает, что реакция является спонтанной при 298 К. Таким образом, реакция восстановления $R{b}_{2}O$ водородом возможна при указанных условиях.

2. $CuO$
Проведя аналогичные расчеты для оксида меди $CuO$, были получены следующие значения: $\mathrm{\Delta }{H}^o=-156\text{кДж/моль}$ и $\mathrm{\Delta }{S}^o=-39\text{Дж/моль K}$.

Подставим значения в формулу:
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-156\text{кДж/моль}-298\text{К}\times (-39\text{Дж/моль K})$

Рассчитаем:
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-156\text{кДж/моль}-298\text{К}\times (-39\times {10}^{-3}\text{кДж/моль K})$
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-156\text{кДж/моль}+11.662\text{кДж/моль}$
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-144.338\text{кДж/моль}$

В данном случае $\mathrm{\Delta }{G}^o$ для реакции восстановления $CuO$ водородом также является отрицательным значением, что указывает на то, что реакция возможна при 298 К.

3. $MnO$
Для оксида марганца $MnO$ получены значения: $\mathrm{\Delta }{H}^o=-520\text{кДж/моль}$ и $\mathrm{\Delta }{S}^o=-53\text{Дж/моль K}$.

Подставим значения в формулу и рассчитаем $\mathrm{\Delta }{G}^o$:
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-520\text{кДж/моль}-298\text{К}\times (-53\text{Дж/моль K})$
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-520\text{кДж/моль}+15.794\text{кДж/моль}$
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-504.206\text{кДж/моль}$

В данном случае расчет показывает, что $\mathrm{\Delta }{G}^o$ для реакции восстановления $MnO$ водородом также отрицательное, а следовательно, реакция возможна при 298 К.

4. $PbO$
Наконец, рассмотрим оксид свинца $PbO$. Этот оксид имеет значения: $\mathrm{\Delta }{H}^o=-218\text{кДж/моль}$ и $\mathrm{\Delta }{S}^o=-69\text{Дж/моль K}$.

Подставим значения в формулу:
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-218\text{кДж/моль}-298\text{К}\times (-69\text{Дж/моль K})$

Рассчитаем:
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-218\text{кДж/моль}-298\text{К}\times (-69\times {10}^{-3}\text{кДж/моль K})$
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-218\text{кДж/моль}+20.362\text{кДж/моль}$
$\mathrm{\Delta }{G}^o=-197.638\text{кДж/моль}$

Для реакции восстановления $PbO$ водородом также получили отрицательное значение $\mathrm{\Delta }{G}^o$ при 298 К, что говорит о возможности реакции.

Таким образом, для всех данных оксидов ($R{b}_{2}O$, $CuO$, $MnO$ и $PbO$) реакция восстановления водородом является возможной при комнатной температуре 298 К. Отрицательные значения $\mathrm{\Delta }{G}^o$ свидетельствуют о спонтанности этих реакций при указанных условиях.