16.采用标准热力学函数估算:-|||-(O)_(2)(g)+(H)_(2)(g)leftharpoons CO(g)+(H)_(2)O(g)-|||-在873K时的标准摩尔吉布斯函数和标准平衡常数。若此时系统中各组分气体的分压为-|||-((U)_(2)=(P)_({H)_(2)}=127kPa, =P(H)_(2)O=76kPa, 计算该条件下的摩尔反应吉布斯函数,并判断反-|||-应进行的方向。
题目解答
答案
解析
本题考查化学反应的热力学计算，解题思路是先根据标准热力学函数估算反应的标准摩尔吉布斯函数，再计算标准平衡常数，然后根据给定的分压计算摩尔反应吉布斯函数，最后根据摩尔反应吉布斯函数判断判断反应进行的方向。。
1. 计算标准摩尔吉布斯布斯函数 $\Delta G^{\circ}$
根据公式 $\Delta G^{\circ}=\Delta H^{\circ - T\Delta S^{\circcirc}$，需要查找各物质的标准生成生成焓 $\Delta H^{\circ}_{f}$ 和标准熵 $S^{\circ}$ 值。
$\Delta H^{\circ}_{f}(CO,g) = -110.5\ kJ/mol$
$\Delta H^{\circ}_{f}(H_{2}O,g) = -241.8\ kJ/mol$
$\Delta H^{\circ_{f}(CO_{2},g) = -393.5\ kJ/mol$
$\Delta H^{\circ}_{f}(H_{2},g) = 0\ kJ/mol$
$\Delta H^{\circ}=\Delta H^{\circ}_{f}(CO,g) + \Delta H^{\circ}_{f}(H_{2}O,g) - \Delta H^{\circ}_{f}(CO_{2},g) - \Delta H^{\circ}_{f}(H_{2},g)$
$= (-110.5) + (-241.8) - (-393.5 - 0$
$= -44.8\ kJ/mol$
$S^{\circ}(CO,g) = 197.7\ J/(mol\cdot K)$
$S^{\circ}(H_{2}O,g) = 188.8.8\ J/(mol\cdot K)$
$S^{\circ}(CO_{2},g) = 213.8\ J/(mol\cdot K)$
$S^{\circ}(H_{2},g) = 130.7\ J/(mol\cdot K)$
$\Delta S^{\circ}=\Delta S^{\circ}(CO,g) + \Delta S^{\circ}(H_{2}O,g) - \Delta S^{\circ(CO_{2},g) - \Delta S^{\circ}(H_{2},g)$
$= 197.7 + 188.8 - 213.8 - 130.7$
$= -41.0\ J/(mol\cdot K)$
$\Delta G^{\circ}=\Delta H^{\circ} - T\Delta S^{\circ}$
$= -44.8\times10^{3} - 873\times(-41.0)$
$= -44.8\times10^{3} + 35893$
$= -9587\ J/mol$
$= -9.59\ kJ/mol$
2. 计算标准平衡常数 $K^{\circ}$
根据公式 $\Delta G^{\circ} = -RT\ln K^{\circ}$
$\ln K^{\circ} = -\frac{\Delta G^{\circ}}{RT}$
$= -\frac{-9.59\times10^{3}{8.314\times873}$
$= 1.32$
$K^{\circ} = e^{1.32} = 3.74$
3. 计算摩尔反应吉布斯函数 $\Delta G$
根据公式 $\Delta G = \Delta G^{\circ} + RT\ln Q$，其中 $Q = \frac{p_{CO}p_{H_{2}O}}{p_{CO_{2}}p_{H_{2}}}$
$p_{CO_{2}} = p_{H_{2}} = 127\ kPa$
$p_{CO} = p_{H_{2}O} = 76\ kPa$
$Q = \frac{76\times76}{127\times127} = 0.34$
$\Delta G = \Delta G^{\circ + RT\ln Q$
$= -9.59\times10^{3} + 8.314\times873\times\ln(0.34)$
$= -9.59\times10^{3} + 8.314\times8763\times(-1.08)$
$= -9.59\times10^{3} - 6677$
$= -16267\ J/mol$
$= -16.27\ kJ/mol$
4. 判断反应进行的方向
因为 $\Delta G < 0$，所以反应正向进行。