题目
若298K时,反应N₂O₄(g)= 2 NO₂(g)的△_x G_m^ theta = 5398 J cdot mol^-1,则当p(N₂O₄)= p(NO₂)= 1 kPa时,反应将()。A. 向生成N₂O₄方向进行B. 向生成NO₂方向进行C. 不能判断其进行的方向D. 反应恰好达到平衡
若298K时,反应N₂O₄(g)= 2\ \ NO₂(g)的△\_x G\_m^ \theta = 5398\ \ J \cdot mol^-1,则当p(N₂O₄)= p(NO₂)= 1\ \ kPa时,反应将()。
A. 向生成N₂O₄方向进行
B. 向生成NO₂方向进行
C. 不能判断其进行的方向
D. 反应恰好达到平衡
题目解答
答案
A. 向生成N₂O₄方向进行
解析
步骤 1：计算反应的吉布斯自由能变化
吉布斯自由能变化（ΔG）是判断化学反应自发性的关键参数。当ΔG < 0时，反应自发进行；当ΔG > 0时，反应非自发进行；当ΔG = 0时，反应处于平衡状态。题目中给出的ΔG° = 5398 J/mol，表示在标准状态下反应的吉布斯自由能变化。
步骤 2：计算反应的反应商Q
反应商Q是反应物和生成物在非标准状态下的浓度或分压比值。对于反应N₂O₄(g) = 2 NO₂(g)，反应商Q的表达式为：
$$ Q = \frac{p(NO₂)^2}{p(N₂O₄)} $$
题目中给出p(N₂O₄) = p(NO₂) = 1 kPa，代入上式得：
$$ Q = \frac{1^2}{1} = 1 $$
步骤 3：计算反应的吉布斯自由能变化ΔG
反应的吉布斯自由能变化ΔG与标准吉布斯自由能变化ΔG°和反应商Q的关系为：
$$ ΔG = ΔG° + RT \ln Q $$
其中，R为气体常数，T为温度（单位为K），ln为自然对数。题目中给出ΔG° = 5398 J/mol，T = 298 K，代入上式得：
$$ ΔG = 5398 + 8.314 \times 298 \times \ln 1 $$
$$ ΔG = 5398 + 8.314 \times 298 \times 0 $$
$$ ΔG = 5398 J/mol $$
步骤 4：判断反应的方向
由于ΔG > 0，反应非自发进行，即反应将向生成N₂O₄的方向进行。
吉布斯自由能变化（ΔG）是判断化学反应自发性的关键参数。当ΔG < 0时，反应自发进行；当ΔG > 0时，反应非自发进行；当ΔG = 0时，反应处于平衡状态。题目中给出的ΔG° = 5398 J/mol，表示在标准状态下反应的吉布斯自由能变化。
步骤 2：计算反应的反应商Q
反应商Q是反应物和生成物在非标准状态下的浓度或分压比值。对于反应N₂O₄(g) = 2 NO₂(g)，反应商Q的表达式为：
$$ Q = \frac{p(NO₂)^2}{p(N₂O₄)} $$
题目中给出p(N₂O₄) = p(NO₂) = 1 kPa，代入上式得：
$$ Q = \frac{1^2}{1} = 1 $$
步骤 3：计算反应的吉布斯自由能变化ΔG
反应的吉布斯自由能变化ΔG与标准吉布斯自由能变化ΔG°和反应商Q的关系为：
$$ ΔG = ΔG° + RT \ln Q $$
其中，R为气体常数，T为温度（单位为K），ln为自然对数。题目中给出ΔG° = 5398 J/mol，T = 298 K，代入上式得：
$$ ΔG = 5398 + 8.314 \times 298 \times \ln 1 $$
$$ ΔG = 5398 + 8.314 \times 298 \times 0 $$
$$ ΔG = 5398 J/mol $$
步骤 4：判断反应的方向
由于ΔG > 0，反应非自发进行，即反应将向生成N₂O₄的方向进行。