Пример 4

Пример 4.

  Для гетерогенной реакции  NH3 (г) + HCl (г) = NH4Cl(к) 

рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса Δ r GT 0 и константу равновесия K0  при температуре T=700K. Укажите, в каком направлении протекает реакция при данной температуре и направление смещения равновесия при увеличении  температуры. При обосновании  направления смещения равновесия используйте

уравнение изобары химической реакции.

Решение. Стандартное изменение энергии Гиббса  Δ r GT 0  может быть вычислено по уравнению: Δ r GT0 = ∆ r H0298 - T∆ r  S0298 (1), где ∆rH0298  - изменение энтальпии реакции (тепловой эффект реакции) при стандартных условиях, ∆r S0298 –  изменение энтропии реакции при стандартных условиях.

Расчет ∆rH0298  для данной реакции приведен в примере 2, согласно которому

∆rH0298  = - 176,9 кДж.

∆r S0298 рассчитаем по уравнению: ∆r S0298 =S0(NH4Cl) – S0(NH3)- S0(HCl).

Подставляя термодинамические данные из Приложения 1,  получим

∆r S0298 = 94,56 - 192,5 – 186,7 = - 284,64 Дж/К.

Стандартное изменение энергии Гиббса  Δr GТ0 при T=700K  равно:

ΔrGТ0 = - 176,9 – 700.(- 284,64).10-3 = - 92,1 кДж. Так как ΔrGТ0 0, то реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.

Для расчета константы равновесия используем уравнение: Δ rGТ0 = - RTlnK0 (2), откуда K0 = exp ( -) = exp (-  ) = exp(15,82)  и  K0 =7,46.106.

Так как константа равновесия K0>> 1, реакция при T=700K протекает в прямом направлении практически необратимо.

Для обоснования  направления смещения равновесия при изменении температуры используем уравнение изобары химической реакции:  (3). Так как рассматриваемая реакция является экзотермической ( ∆rH0298 0 ), то  правая часть уравнения 0 и с увеличением температуры Т, которая всегда положительна, уменьшается, откуда следует,  что и производная , приобретшая отрицательное значение, с увеличением температуры Т  уменьшается, а значит, уменьшается величина константы равновесия К0. Уменьшение константы равновесия означает смещение равновесия реакции влево в сторону образования продуктов реакции, т. к. константа равновесия представляет собой отношение произведения равновесных парциальных давлений продуктов реакции к произведению  равновесных парциальных давлений исходных веществ:   (4). Для данной реакции  (парциальное давление твердого вещества NH4Cl(к) незначительно, от давления мало зависит  и может быть внесено в константу равновесия) и ее уменьшение означает увеличение знаменателя, т. е. смещение равновесия влево в сторону исходных веществ.