Определите возможность или невозможность самопроизвольного протекания реакции 4nн3(г) + 5о2(г) = 4nо2(г) + 6h2o(г) при стандартных условиях. ответ подтвердите расчетом.
Добрый день! Давайте рассмотрим данную химическую реакцию и попытаемся определить, возможно ли ее самопроизвольное протекание при стандартных условиях.
В начале, для анализа данной реакции, нам необходимо построить схему элементарных шагов, которые протекают в процессе этой реакции. По условию данной задачи мы имеем следующие вещества, участвующие в реакции:
- N2 (азот) в виде газа (г),
- O2 (кислород) в виде газа (г),
- NO2 (диоксид азота) в виде газа (г),
- H2O (вода) в виде газа (г).
Учитывая данные компоненты реакции, необходимо обратить внимание на коэффициенты, стоящие перед веществами в схеме реакции:
- Перед N2 стоит 4,
- Перед O2 стоит 5,
- Перед NO2 стоит 4,
- Перед H2O стоит 6.
Теперь, чтобы определить возможность или невозможность самопроизвольного протекания реакции, мы будем использовать понятие изменения свободной энергии (ΔG) и уравнение Гиббса-Гельмгольца.
Уравнение Гиббса-Гельмгольца выглядит следующим образом:
ΔG = ΔH - TΔS
Где:
- ΔG - изменение свободной энергии,
- ΔH - изменение энтальпии,
- T - температура в Кельвинах,
- ΔS - изменение энтропии.
По условию задачи, нам известно, что реакция протекает при стандартных условиях. В стандартных условиях температура равна 298 К.
А теперь давайте рассчитаем изменение свободной энергии для данной реакции:
ΔG = ΔH - TΔS
Для начала, нам необходимо найти изменение энтальпии (ΔH) и изменение энтропии (ΔS).
ΔH можно найти, зная энергию связей веществ до и после реакции. По описанию задачи, изменение энтальпии (ΔH) для данной реакции равно 0, так как оно не было указано.
Формула для расчета ΔS - это разность между суммой энтропий реакционных продуктов и реагентов:
ΔS = ΣS(продукты) - ΣS(реагенты)
Теперь давайте найдем значение энтропии для каждого из веществ:
- S(N2) = 191.6 J/(mol·K) (энтропия азота в виде газа),
- S(O2) = 205.1 J/(mol·K) (энтропия кислорода в виде газа),
- S(NO2) = 238.6 J/(mol·K) (энтропия диоксида азота в виде газа),
- S(H2O) = 188.7 J/(mol·K) (энтропия воды в виде газа).
Теперь посчитаем изменение энтропии (ΔS):
ΔS = (4·S(NO2) + 6·S(H2O)) - (4·S(N2) + 5·S(O2))
ΔS = (4·238.6 + 6·188.7) - (4·191.6 + 5·205.1)
ΔS = 1071.4 - 1059.7
ΔS = 11.7 J/(mol·K)
Теперь вернемся к уравнению Гиббса-Гельмгольца:
ΔG = ΔH - TΔS
Так как нам известно, что ΔH = 0 и T = 298 K, уравнение примет следующий вид:
ΔG = 0 - 298·11.7
ΔG = -3486.6 J/mol
Теперь к самой важной части вопроса. Чтобы определить, возможна ли самопроизвольная реакция при стандартных условиях, мы должны проанализировать значение ΔG.
Если ΔG < 0, значит реакция может протекать самопроизвольно, а если ΔG > 0, то реакция не будет протекать без вмешательства.
В этом случае, ΔG = -3486.6 J/mol. Так как ΔG < 0, мы можем заключить, что реакция 4NН3(г) + 5O2(г) = 4NO2(г) + 6H2O(г) возможна с точки зрения самопроизвольного протекания при стандартных условиях.
Надеюсь, эта информация была понятной и полезной. Если у вас возникнут еще вопросы, не стесняйтесь задавать их!
В начале, для анализа данной реакции, нам необходимо построить схему элементарных шагов, которые протекают в процессе этой реакции. По условию данной задачи мы имеем следующие вещества, участвующие в реакции:
- N2 (азот) в виде газа (г),
- O2 (кислород) в виде газа (г),
- NO2 (диоксид азота) в виде газа (г),
- H2O (вода) в виде газа (г).
Учитывая данные компоненты реакции, необходимо обратить внимание на коэффициенты, стоящие перед веществами в схеме реакции:
- Перед N2 стоит 4,
- Перед O2 стоит 5,
- Перед NO2 стоит 4,
- Перед H2O стоит 6.
Теперь, чтобы определить возможность или невозможность самопроизвольного протекания реакции, мы будем использовать понятие изменения свободной энергии (ΔG) и уравнение Гиббса-Гельмгольца.
Уравнение Гиббса-Гельмгольца выглядит следующим образом:
ΔG = ΔH - TΔS
Где:
- ΔG - изменение свободной энергии,
- ΔH - изменение энтальпии,
- T - температура в Кельвинах,
- ΔS - изменение энтропии.
По условию задачи, нам известно, что реакция протекает при стандартных условиях. В стандартных условиях температура равна 298 К.
А теперь давайте рассчитаем изменение свободной энергии для данной реакции:
ΔG = ΔH - TΔS
Для начала, нам необходимо найти изменение энтальпии (ΔH) и изменение энтропии (ΔS).
ΔH можно найти, зная энергию связей веществ до и после реакции. По описанию задачи, изменение энтальпии (ΔH) для данной реакции равно 0, так как оно не было указано.
Формула для расчета ΔS - это разность между суммой энтропий реакционных продуктов и реагентов:
ΔS = ΣS(продукты) - ΣS(реагенты)
Теперь давайте найдем значение энтропии для каждого из веществ:
- S(N2) = 191.6 J/(mol·K) (энтропия азота в виде газа),
- S(O2) = 205.1 J/(mol·K) (энтропия кислорода в виде газа),
- S(NO2) = 238.6 J/(mol·K) (энтропия диоксида азота в виде газа),
- S(H2O) = 188.7 J/(mol·K) (энтропия воды в виде газа).
Теперь посчитаем изменение энтропии (ΔS):
ΔS = (4·S(NO2) + 6·S(H2O)) - (4·S(N2) + 5·S(O2))
ΔS = (4·238.6 + 6·188.7) - (4·191.6 + 5·205.1)
ΔS = 1071.4 - 1059.7
ΔS = 11.7 J/(mol·K)
Теперь вернемся к уравнению Гиббса-Гельмгольца:
ΔG = ΔH - TΔS
Так как нам известно, что ΔH = 0 и T = 298 K, уравнение примет следующий вид:
ΔG = 0 - 298·11.7
ΔG = -3486.6 J/mol
Теперь к самой важной части вопроса. Чтобы определить, возможна ли самопроизвольная реакция при стандартных условиях, мы должны проанализировать значение ΔG.
Если ΔG < 0, значит реакция может протекать самопроизвольно, а если ΔG > 0, то реакция не будет протекать без вмешательства.
В этом случае, ΔG = -3486.6 J/mol. Так как ΔG < 0, мы можем заключить, что реакция 4NН3(г) + 5O2(г) = 4NO2(г) + 6H2O(г) возможна с точки зрения самопроизвольного протекания при стандартных условиях.
Надеюсь, эта информация была понятной и полезной. Если у вас возникнут еще вопросы, не стесняйтесь задавать их!