Для определения термодинамической возможности протекания реакции по стандартным условиям (стандартное давление и температура 25 °C) необходимо рассчитать изменение свободной энергии Гиббса (ΔG).
ΔG = ΔH – TΔS,
где ΔH – изменение энтальпии (теплоты реакции), ΔS – изменение энтропии и T – температура в Кельвинах.
Известно, что ΔG должно быть отрицательным для того, чтобы реакция была термодинамически возможной.
В данной задаче рассчитаем ΔG на основе значений стандартных теплот образования (ΔH°) и абсолютных стандартных энтропий (ΔS°) веществ:
ZnO(к): ΔH° = -348.2 кДж/моль, ΔS° = 64.2 Дж/моль·К,
C(графит): ΔH° = 0 кДж/моль, ΔS° = 5.74 Дж/моль·К,
Zn(к): ΔH° = 0 кДж/моль, ΔS° = 41.6 Дж/моль·К,
CO(г): ΔH° = -110.5 кДж/моль, ΔS° = 197.7 Дж/моль·К.
Шаги решения:
1. Преобразуем ΔH° из килоджоулей в Джоули: ΔH° = -348.2 кДж/моль * 1000 = -348200 Дж/моль.
2. Преобразуем ΔS° из Джоулей/моль·К в Джоули/моль·К: ΔS° = 5.74 Дж/моль·К * 1000 = 5740 Дж/моль·К и ΔS° = 197.7 Дж/моль·К * 1000 = 197700 Дж/моль·К.
3. Переведем температуру 25 °C в Кельвины: T = 25 °C + 273 = 298 K.
4. Рассчитаем ΔG по формуле: ΔG = ΔH – TΔS.
ΔG = (-348200 Дж/моль) – (298 K * (5740 Дж/моль·К + 41.6 Дж/моль·К – 197700 Дж/моль·К)).
ΔG = -348200 Дж/моль – 298 K * ( -192160 Дж/моль).
ΔG = -348200 Дж/моль + 57269280 Дж/моль.
ΔG = 56921080 Дж/моль.
5. Ответ: ΔG = 56921080 Дж/моль.
Так как ΔG > 0, это означает, что реакция ZnO(к) + C(графит) = Zn(к) + CO(г) при стандартных условиях не будет протекать spontaniously.
