Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

RGr7Z349jIKZu1

Ćwiczenie 1

Ćwiczenie 2

Uzupełnij poniższy wzór.

Rv9FTgFYHUbI4

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RCxi3kSWd5AwE

Δ G_{r} =

1. zmiana entropii reakcji, 2. zmiana entalpii swobodnej reakcji, 3.

Δ S_{r}

, 4.

T

, 5. temperatura, 6.

Δ H_{r} =

, 7. zmiana entalpii reakcji

-

1. zmiana entropii reakcji, 2. zmiana entalpii swobodnej reakcji, 3.

Δ S_{r}

, 4.

T

, 5. temperatura, 6.

Δ H_{r} =

, 7. zmiana entalpii reakcji

\cdot

1. zmiana entropii reakcji, 2. zmiana entalpii swobodnej reakcji, 3.

Δ S_{r}

, 4.

T

, 5. temperatura, 6.

Δ H_{r} =

, 7. zmiana entalpii reakcji, gdzie

Δ G_{r}

to 1. zmiana entropii reakcji, 2. zmiana entalpii swobodnej reakcji, 3.

Δ S_{r}

, 4.

T

, 5. temperatura, 6.

Δ H_{r} =

, 7. zmiana entalpii reakcji,

T

to 1. zmiana entropii reakcji, 2. zmiana entalpii swobodnej reakcji, 3.

Δ S_{r}

, 4.

T

, 5. temperatura, 6.

Δ H_{r} =

, 7. zmiana entalpii reakcji,

Δ H_{r}

to 1. zmiana entropii reakcji, 2. zmiana entalpii swobodnej reakcji, 3.

Δ S_{r}

, 4.

T

, 5. temperatura, 6.

Δ H_{r} =

, 7. zmiana entalpii reakcji, zaś

Δ S_{r}

to 1. zmiana entropii reakcji, 2. zmiana entalpii swobodnej reakcji, 3.

Δ S_{r}

, 4.

T

, 5. temperatura, 6.

Δ H_{r} =

, 7. zmiana entalpii reakcji.

Ćwiczenie 3

Przyporządkuj jednostki do odpowiednich funkcji termodynamicznych.

Ru2urIZsJDzMK

RDxLo9cU8eJQd1

Ćwiczenie 4

Ćwiczenie 5

W jakiej temperaturze reakcja będzie zachodziła samorzutnie, jeżeli zmiana entalpii reakcji wynosi $Δ H_{r} = - 8 \frac{kJ}{mol}$ , a zmiana entropii $Δ S_{r} = - 80 \frac{J}{K \cdot mol}$ ? W obliczeniach, dla uproszczenia, przyjmujemy, że wartości entalpii i entropii nie zmieniają się wraz ze zmianą temperatury.

RUDjsle7jzmvq

R11nMvhiL7N0N

Reakcja zachodzi samorzutnie, gdy $Δ G_{r} < 0$ .

Δ G_{r} = Δ H_{r} - T \cdot Δ S_{r}

- 8 \frac{kJ}{mol} - T \cdot (- 80 \frac{J}{K \cdot mol}) < 0

- T \cdot (- 80 \frac{J}{K \cdot mol}) < 8 \frac{kJ}{mol}

- T > \frac{8000 \frac{J}{mol}}{- 80 \frac{J}{K \cdot mol}}

- T > - 100 K

T < 100 K

Reakcja będzie zachodzić samorzutnie w każdej temperaturze niższej niż $100 K$ .

Ćwiczenie 6

W jakiej temperaturze reakcja będzie zachodziła w kierunku tworzenia produktów, jeżeli zmiana entalpii tej reakcji wynosi $Δ H_{r} = 60 \frac{kJ}{mol}$ , a zmiana entropii $Δ S_{r} = 140 \frac{J}{K \cdot mol}$ ? W obliczeniach, dla uproszczenia, przyjmujemy, że wartości entalpii i entropii nie zmieniają się wraz ze zmianą temperatury.

R10vodvTVSBw3

R6PHWwOGj6xlj

Reakcja zachodzi w kierunku tworzenia produktów, gdy reakcja jest samorzutna ( $Δ G_{r} < 0$ ).

Δ G_{r} = Δ H_{r} - T \cdot Δ S_{r}

60 \frac{kJ}{mol} - T \cdot 140 \frac{J}{K \cdot mol} < 0

- T \cdot 140 \frac{J}{K \cdot mol} < - 60 \frac{kJ}{mol}

- T < \frac{- 60000 \frac{J}{mol}}{140 \frac{J}{K \cdot mol}}

- T < - 429 K

T > 429 K

Reakcja będzie zachodzić w kierunku tworzenia produktów, gdy temperatura będzie wyższa niż $429 K$ .

Ćwiczenie 7

Zaproponuj, w jakim kierunku będzie przebiegać poniższa reakcja w temperaturze 37ºC. Odpowiedź uzasadnij odpowiednimi obliczeniami.

C_{6} H_{12} O_{6 (c)} + 6 O_{2 (g)} ⇄ 6 {CO}_{2 (g)} + 6 H_{2} O_{(c)}

Zmiany entalpii reakcji oraz entropii reakcji, obliczona na podstawie wartości odczytanych z tablic fizykochemicznych, wynoszą:

Δ H_{r} = - 2808 \frac{kJ}{mol}

Δ S_{r} = 182 \frac{J}{K \cdot mol}

R10vodvTVSBw3

R1324jcc2XXVv

$0 ° C$ to $273 K$ , zatem $37 ° C$ to $(273 + 37) K = 310 K$ .

Zmianę entalpii swobodnej reakcji można obliczyć ze wzoru:

Δ G_{r} = Δ H_{r} - T \cdot Δ S_{r}

Δ G_{r} = - 2808 \frac{kJ}{mol} - 310 K \cdot 182 \frac{J}{K \cdot mol} = - 2864 \frac{kJ}{mol}

Reakcja zachodzi w kierunku tworzenia produktów (tlenku węgla i wody), ponieważ $Δ G_{r} < 0$ .

Ćwiczenie 8

Zaproponuj, w jakim kierunku będzie przebiegać poniższa reakcja w temperaturze 25ºC. Odpowiedź uzasadnij odpowiednimi obliczeniami.

2 {Al}_{2} O_{3 (s)} ⇄ 4 {Al}_{(s)} + 3 O_{2 (g)}

Substancja	$Δ H °_{tw} [\frac{kJ}{mol}]$	$S ° [\frac{J}{K \cdot mol}]$
tlenek glinu $_{(s)}$	$- 1670$	$51$
glin $_{(s)}$	$0$	$28$
tlen $_{(g)}$	$0$	$205$

R10vodvTVSBw3

R142K0jgeiNLV

Zmianę entalpii reakcji oraz zmianę entropii reakcji można obliczyć, korzystając z podanych wzorów:

Δ H_{r} = \sum_{i}^{produkty} υ_{i} Δ H_{tw, i} - \sum_{j}^{substraty} υ_{j} Δ H_{tw, j}

Δ S_{r} = \sum_{i}^{produkty} υ_{i} S_{i} - \sum_{j}^{substraty} υ_{j} S_{j}

gdzie:

$Δ H_{r}$ – zmiana entalpii reakcji chemicznej $[\frac{kJ}{mol}]$ ;
$Δ S_{r}$ – zmiana entropii reakcji chemicznej $[\frac{J}{mol \cdot K}]$ ;
$υ$ – współczynnik stechiometryczny;
$Δ H_{tw}$ – entalpia tworzenia $[\frac{kJ}{mol}]$ ;
$S$ – entropia $[\frac{J}{mol \cdot K}]$ .

$Δ H_{r} = 4 \cdot 0 \frac{kJ}{mol} + 3 \cdot 0 \frac{kJ}{mol} - 2 \cdot (- 1670) \frac{kJ}{mol} = 3340 \frac{kJ}{mol}$

$Δ S_{r} = 4 \cdot 28 \frac{J}{mol \cdot K} + 3 \cdot 205 \frac{J}{mol \cdot K} - 2 \cdot 51 \frac{J}{mol \cdot K} = 625 \frac{J}{mol \cdot K}$

$∆ G_{r} = 3340 \frac{kJ}{mol} - 298 K \cdot 625 \frac{J}{K \cdot mol} = 3153, 75 \frac{kJ}{mol}$

Reakcja zachodzi w kierunku tworzenia substratu (tlenku glinu), ponieważ $Δ G_{r} > 0$ .

Ćwiczenie 9

Zaproponuj, w jakim kierunku będzie przebiegać poniższa reakcja (temp. $25 ° C$ ). W jakiej temperaturze poniższa reakcja będzie w stanie równowagi? Odpowiedź uzasadnij odpowiednimi obliczeniami – dla uproszczenia przyjmujemy, że wartości entalpii i entropii nie zmieniają się wraz ze zmianą temperatury.

{CH}_{3} {CH}_{2} {OH}_{(c)} + O_{2 (g)} ⇄ {CH}_{3} {COOH}_{(c)} + H_{2} O_{(c)}

Substancja	$∆ H °_{tw} [\frac{kJ}{mol}]$	$S ° [\frac{J}{K \cdot mol}]$
kwas octowy (kwas etanowy) $_{(c)}$	$- 485$	$160$
etanol $_{(c)}$	$- 287$	$161$
tlen $_{(g)}$	$0$	$205$
woda $_{(c)}$	$- 286$	$70$
woda $_{(g)}$	$- 242$	$189$

R48nTS1sY1l66

R22kqMW7LiSfw

Zmianę entalpii reakcji oraz zmianę entropii reakcji można obliczyć, korzystając z podanych wzorów:

Δ H_{r} = \sum_{i}^{produkty} υ_{i} Δ H_{tw, i} - \sum_{j}^{substraty} υ_{j} Δ H_{tw, j}

Δ S_{r} = \sum_{i}^{produkty} υ_{i} S_{i} - \sum_{j}^{substraty} υ_{j} S_{j}

gdzie:

$Δ H_{r}$ – zmiana entalpii reakcji chemicznej $[\frac{kJ}{mol}]$ ;
$Δ S_{r}$ – zmiana entropii reakcji chemicznej $[\frac{J}{mol \cdot K}]$ ;
$υ$ – współczynnik stechiometryczny; - $Δ H_{tw}$ – entalpia tworzenia $[\frac{kJ}{mol}]$ ;
$S$ – entropia $[\frac{J}{mol \cdot K}]$ .

Stan równowagi występuje, gdy zmiana entalpii swobodnej jest równa zero: $Δ G_{r} = 0$ . Dla takiej wartości entalpii swobodnej można obliczyć temperaturę, w której reakcja jest w równowadze.

$Δ H_{r} = - 485 \frac{kJ}{mol} + (- 286) \frac{kJ}{mol} - (- 287) \frac{kJ}{mol} - 0 \frac{kJ}{mol} = - 484 \frac{kJ}{mol}$

$Δ S_{r} = 160 \frac{J}{K \cdot mol} + 70 \frac{J}{K \cdot mol} - 161 \frac{J}{K \cdot mol} - 205 \frac{J}{K \cdot mol} = - 136 \frac{J}{K \cdot mol}$

$Δ G_{r} = - 493 \frac{kJ}{mol} - 298 K \cdot (- 136 \frac{J}{K \cdot mol}) = - 443,5 \frac{kJ}{mol}$

Δ G_{r} = Δ H_{r} - T \cdot Δ S_{r}

0 = Δ H_{r} - T \cdot Δ S_{r}

T \cdot Δ S_{r} = Δ H_{r}

T = \frac{Δ H_{r}}{Δ S_{r}} = \frac{- 493 \frac{kJ}{mol}}{- 136 \frac{J}{K \cdot mol}} = 3559 K

Reakcja zachodzi w kierunku tworzenia produktów (kwasu octowego i wody). Reakcja ta będzie w równowadze w temperaturze $3559 K$ .

Symulacja interaktywna

Dla nauczyciela