Химиялық Үдерістер туралы ілім

Алюминий қандай оксидтерді тотықсыздандыруы мүмкін екендігін, реакциялардың Гиббс энергияларының мәндерін есептеу арқылы анықтап көрелік.

Кесте 5.3 Кейбір оксидтердің түзілу энтальпиясы мен Гиббс энергиясы

№	Формула	∆H10,кДж/моль	∆GO,кДж/моль
1	AI2O3(к)	-1675	-1582
2	NiO(к)	-239,7	-211,6
3	CuO(к)	-162,0	-129,9
4	CaO(к)	-635,5	-604,2
5	TiO2	-943,9	888,6

Шешуі:

1) Оксидтердің 1 эквивалентінің түзілу жылуларын есептеу.

2)Алюминий оксидінің 1 эквивалентінің түзілу энтальпиясы мен қалған оксидтердің 1 эквивалентіне сай түзілу энтальпияларының айырымын анықтағанда реакция энтальпиясы неғұрлым көбірек кемісе, оның реакцияға түсу қабілеті басым болады. Сонда: ∆H₂⁰ + ∆H₁⁰<∆H₄⁰<∆H₃⁰

∆H₁⁰ = -279,1 – (-119,85) = -159,25 кДж

∆H₂⁰ = -279,1 – (-81) = -198,1 кДж

∆H₃⁰ = -279,1 – (-317,75) = +38,65 кДж

∆H₄⁰ = -279,1 – (-235,98) = -43,12 кДж

3)Реакция теңдеулерін жазып, олардың Гиббс энергиясының өзгерістерін анықтау.

2AI + 3NiO = AI₂O₃ + 3Ni (1)

2AI + 3CuO = AI₂O₃ + 3Cu (2)

2AI + 3CaO = AI₂O₃ + 3Ca (3)

4AI + 3TiO₂ = 2AI₂O₃ + 3Ti (4)

1. 
   Қорыта келе, берілген оксидтердің ішінде кальций оксидін алюминиймен тотықсыздандыру мүмкін болмайтынын байқаймыз, себебі ΔH₃> O, ΔG₃> O.
   

Сонда, реакция теңдеулерін жазбай-ақ заттардың эквивалентінің түзілу энтальпияларының мәндерін салыстыру арқылы-ақ реакцияның жүру мүмкіндігін болжауға болады.

Элемент оксидтерінің түзілуінің Гиббс энергияларын салыстыру арқылы олардың термиялық тұрақтылығы, оксид түзуші элементтің тотықсыздандырғыш қасиеті туралы болжам айтуға болады.

2)екінші бағандағы қосымша топша элементтерінің оксидтерінің түзілуінің Гиббс энергияларының мәні Zn – Cd – Hg бағытында элементтердің оттекпен әрекеттесу мүмкіндігі және олардың термиялық тұрақтылықтарының төмендейтігін және мырыштың тотықсыздандырғыш қасиетінің басымдылығына дәлелболады;

3)III-A топшасы элементтерінің ең тұрақтысы, берігі - AI₂O₃ екендігі және алюминийдің тотықсыздандырғыш қасиетінің басымдылығы байқалады;

4)IV-A топша элементтерінің ең берік оксид түзетіні кремний екендігі және оның тотықсыздандырғыштық қасиетінің басқасына қарағанда басымдығын болжауға болады.

5.1Известь тасының айырылу реакциясының жүруін термодинамикалық негізде түсіндіріңіз.

Берілгені: Шешуі:

1) ∆Н^о (СаО) = -635,5 кДж/моль 2) CaCO₃(кр)→ СaO+ CO₂(г)

∆Н^о (СаСО₃) = -1207 кДж/моль ∆H_p=[∆H(CaO)+ ∆H(CO₂)] – ∆H (CaCO₃)

∆Н^о (СО₂) = -393,5 кДж/моль ∆H^o_p = 178кДж/моль

S^o(CaCO₃) = 68,9 Дж/моль ∆S^o_p = [S(CaO) + S(CO₂)] – S(CaCO₃)

S⁰(CaO) = 39,7 Дж/моль ∆S^o_p = 184,5 Дж/моль

S^o (CO₂) = 213,7 Дж/моль ∆G^o_p = ∆H^o_p – T∆S^o

t⁰(С)- ? ∆G^o_p = 178 – 298 · 0,1845 = 123 кДж

4)яғни, реакцияның жүретін температурасы 964,7 К нен немесе 691,8 ⁰С дан жоғары болуы тиіс.

5) Жауабы:691,8⁰С

5.2 Реакция теңдеуі үшін реакцияның энтропиясының өзгерісін анықтаймыз.

2H₂S(г) + 3O₂(г) = H₂O(с) + 2SO₂(г) + Q

ν, моль 2 3 2

S,Дж/моль∙К S₁ > S₂

∆S = S₂ – S₁ ∆S < 0

Реакцияның энтальпиясы Q_p> 0 болғандықтан ∆Н_р< 0.

Енді Гиббс энергиясының өзгерісін анықтаймыз.

Жауабы:реакция төмен температурада жүреді.

5.3 Глюкозаның қай өзгерісі көп жылу береді?

(1) С₆Н₁₂О₆(кр) = 2С₂Н₅ОН(с) + 2СО₂(г)

(2) С₆Н₁₂О₆(кр) + 6О₂(г) = 6СО₂(г) + 6Н₂О(с)

Шешуі:

Q_p=[2Q_T(C₂H₅OH) + 2Q_T(CO₂)] –Q_T(C₆H₁₂O₆) =(2· 277,6 + 2· 393,5) –1273=69,2 кДж.

Q_p = 69,2 кДж

3)Енді (2)-реакция теңдігі бойынша реакцияның жылу эффектісін анықтайтын теңдеуін жазайық:

Q_p = [6Q_T(CO₂) + 6Q_T(H₂O)] – Q_T(C₆H₁₂O₆)

Q_p = 6· 393,5 + 6· 285,8 – 1273 = 2802,8 кДж

Q_p = 2802,8 кДж.

Олай болса, Q_p(2)>Q_p(1)

Жауабы:Q_p(2)>Q_p(1)

5.4 Мына реакция теңдеуі2СО(г) + О₂ = 2СО₂(г) ∆H^о_р = -566кДжбойынша көлемі қалыпты жағдайда берілген 50 л. көміртек (ІІ) оксидінтотықтыру үшін қанша ауа қажеттігін және бөлінетін жылу мөлшерінесептеңіз.

Берілгені: Шешуі:

1)V(CO) = 50 л 2) 2СО + О₂ = 2СО₂(г)

φ(О₂) = 20% ν, моль 2 1 2

Q, V(ауа) – ? V, л. 44,8 22,4 44,8

V(CO) : V(O₂) : V(CO₂) = 44,8 : 22,4 : 44,8 = 2 : 1 : 2 (көлемдік қатынас заңы бойынша).

3) Енді реакцияға қажетті оттегінің көлемін есептейміз.

2л СО : 1л О₂ = 50л СО : Хл (О₂)

Х = 25л О₂.

4) Оттегінің көлемін ауаға айналдырсақ:

100л ауа : 20л О₂ = Хл ауа : 25л О₂

Х = 125л ауа.

5)Енді реакция нәтижесінде түзілетін жылу мөлшерін есептеуге болады:

44,8л (СО) : 566 кДж = 50л (СО) : Х кДж

Х = 631,7 кДж

Жауабы: 631,7 кДж,125 л

5.5 IV –B топшасы элементтерінің оксидтерінің түзілуінің Гиббс энергиясының шамасы бойынша олардың термиялық тұрақтылығы, балқу және қайнау температурасының өзгерісін болжаңдар.

Берілгені

Оксидтер	TiO2	ZrO2	HfO2
∆GO,кДж/моль	-888,6	-1042,8	-1061,1

Шешуі

∆G^O(TiO₂)>∆G^O(ZrO₂)>∆G^O(HfO₂)олай болса, осы бағытта оксидтердің термиялық тұрақтылығы артады және осыған байланысты олардың балқу және қайнау температуралары да артады.

5.6 Термохимиялық теңдеулері төмендегідей N₂ + O₂ = 2NO – 180 кДж (1)

NО + O₂ = 2NO₂+ 113,6 кДж (2) болатын реакция теңдеулері бойынша

N₂ + 2O₂ = 2NO₂ (3) реакциясының жылу эффектісін және азот (IV) оксидінің

түзілу жылуын есептеңдер.

1. 
   Термохимия заңдары (Лавуазье-Лаплас заңы, Гесс заңы және оның салдары)
   
2. 
   Термодинамиканың І, ІІ-заңы
   
3. 
   Түсініктер: экзотермиялық, эндотермиялық реакциялар, термохимиялық теңдеу; жүйе (ашық, жабық, тұйық, гомогенді, гетерогенді).
   
4. 
   Термодинамикалық функциялар, мән-мағынасы.
   
5. 
   Реакцияның жүруіне энтальпия мен энтропиялық факторлардың әсері.
   
6. 
   Типтік есептер, жаттығулар түрлерімен танысып, оларды шешу әдістерін үйрену:
   

түзілу жылуын есептеу;

ә) Гесс заңын сандық есептер шығару арқылы дәлелдей білу;

б) Гиббс-Гельмгольц формуласын пайдаланып, реакцияның жүру жағдайын