Первая задача 6А - 5 (на кинетику)
Как изменится скорость
прямой реакции
Na₂S₂O₃ (р.) + H₂SO₄ (р.) = Na₂SO₄ (р.) + H₂SO₃ (р.) + S (т.)
при разбавлении раствора в 5 раз?
Скорость реакции прямо пропорциональна произведению
концентраций реагентов, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам:
aA +
bB = сС + dD
v = k * [A]^a * [B]^b, где v – скорость реакции, k –
константа скорости (кинетический коэффициент)
В нашем случае
v1
= k [Na₂S₂O₃ ]* [H₂SO₄]
Если раствор разбавляется в пять раз, то концентрации падают
в пять раз:
v2
= k ([Na₂S₂O₃ ] / 5) *([H₂SO₄] / 5) = k [Na₂S₂O₃ ] *[H₂SO₄] / 52 = v1 / 25
v2
= v1 / 25
Скорость реакции
снизится в 25 раз.
Вторая задача 5А - 5 (на термодинамику)
Ca(OH)₂
(кр.) + 2 HF(г) = CaF₂(кр) + 2H₂O(г)
Для ответа на вопрос о самопроизвольном течении реакции
в стандартном
состоянии вычисляется изменение стандартной свободной энергии
∆G° = ∆H° - T∆S°,
где ∆H° - изменение стандартной энтальпии, ∆S° - изменение стандартной энтропии,
T – температура.
Если ∆G° > 0, реакция не идет.
Если ∆G° <
0, реакция идет.
(Нюанс. Если ∆G > 0, то реакция точно не идет. Если ∆G < 0, то теоретически
реакция идет, а на практике она может и не идти из-за
кинетических затруднений.)
∆H° - это тепловой эффект реакции при
стандартных условиях.
Его можно
вычислить как разность между
стандартными
энтальпиями образования ∆H°f продуктов
и реагентов реакции.
(индекс f
означает «formation» - «образование»)
Табличные данные:
∆H°f (Ca(OH)₂
(кр.)) = -985,1 кДж/моль
∆H°f (HF(г)) =
-273,30 кДж/моль
∆H°f (CaF₂(кр)) = -1220,9
кДж/моль
∆H°f (H₂O(г))
= -241,82
(Из энтальпий образования продуктов вычитаем энтальпии образования
реагентов, с учетом стехиометрических коэффициентов)
∆H° = [ ∆H°f (CaF₂(кр)) + 2 ∆H°f (H₂O(г))
] – [ ∆H°f (Ca(OH)₂
(кр.)) + 2 ∆H°f (HF(г)) ] =
= [ -1220,9 + 2(-241,82)] – [-985,1 + 2(-273,30)] = -1 704,54
– (-1 531,7) =
= -1 704,54
+ 1 531,7 = - 172,84 кДж/моль
Для вычисления
члена T∆S° используем табличные данные по
стандартным энтропиям.
S° (Ca(OH)₂ (кр.)) = 83,4 Дж/(К*моль)
S° (HF(г)) = 173,67 Дж/(К*моль)
S° (CaF₂(кр)) =
68,5 Дж/(К*моль)
S° (H₂O(г))
= 188,72 Дж/(К*моль)
∆S° вычисляется по аналогии с ∆H° как разность между
стандартными энтропиями
S° продуктов и
реагентов реакции (также с учетом стехиометрических коэффициентов):
∆ S ° = [ S°
(CaF₂(кр)) + 2 S°
(H₂O(г)) ] – [ S°
(Ca(OH)₂ (кр.)) + 2 S° (HF(г)) ] =
= [68,5 + 2*188,72] – [83,4 + 2*173,67] = 445,94 - 430,74
= 15,2 Дж/(К*моль)
И окончательно:
∆G° = ∆H° - T∆S° = - 172,84 кДж/моль – 298 К * 15,2 Дж/(К*моль) =
= - 172,84 кДж/моль
- 4 529,6 Дж/моль = - 172,84 кДж/моль – 4, 53 кДж/моль =
= - 177,37 кДж/моль
∆G°
= - 177,37 кДж/моль. ∆G°
< 0, реакция протекает самопроизвольно.
Тепловой эффект
реакции равен изменению энтальпии с обратным знаком:
Q
= - ∆H°
= - (- 172,84 кДж/моль) = 172,84
кДж/моль
Термохимическое
уравнение:
Ca(OH)₂ (кр.) + 2 HF(г) = CaF₂(кр) + 2H₂O(г) + 172,84
кДж/моль
Если мы уже знаем
∆G° и ∆H°, то можем рассчитать ∆S° без обращения к табличным данным. (Но
вообще без табличных данных вычислить изменения энтропии не получится)
Поскольку ∆G° = ∆H° - T∆S°, то ∆S° =
(∆H° - ∆G°)/T
∆S°= ( - 172,84 кДж/моль – (- 177,37 кДж/моль))/ 298 К = (4,53
кДж/моль)/298 К = 0,0152
кДж/(К*моль) = 15,2 Дж / (К*моль)
∆S°= 15,2 Дж / (К*моль)