Question

Помогите, пожалуйста. Нужно для зачёта.
1) Приведите и объясните формулу Больцмана для энтропии. Как изменяется энтропия углеводородов с возрастанием молекулярной массы?
2) Куда сместится равновесие в реакции CH4(г)+2O2(г)↔CO2(г)+2H2O(ж) по принципу Ле-Шателье, если А) повысить давление Б) увеличить концентрацию CO2 В) добавить катализатор.
3) В реакции получения плавиковой кислоты (HF) H2+F2→ 2HF+Q выделилось 128 ккал/моль теплоты. Определить энтальпию образования HF. Сколько выделится тепла, если в реакцию вступает 100 л водорода?

Answer 1

1) Формула Больцмана: S = k * lnW, где

S - абсолютная энтропия системы; k - постоянная Больцмана; W - термодинамическая вероятность(статистический вес).

Эта формула связывает основную величину статистической термодинамики - термодинамическую вероятность - с энтропией, что позволяют объяснить статистическую природу последней.

Энтропия углеводородов с возрастанием молекулярной массы возрастает.

2) A) При повышении давления в системе равновесие сместится в сторону протекания прямой реакции:

Kx = Kp / p^(dv), где

Kx - константа равновесия реакции, выраженная в мольных долях компонентов  (Kx = f(p));

Kp - константа равновесия реакции, выраженная в парциальных давлениях компонентов (Kp =\= f(p));

p - общее давление в системе;

dv - приращение числа молей газообразных компонентов.

dv = 1(CO2) - 2(O2) - 1(CH4) = -2.

Б) При увеличении концентрации CO2 равновесие сместится в сторону протекания обратной реакции:

Kс = [CO2] * [H2O]^2 / [CH4] * [O2]^2.

В) Катализатор по-определению увеличивает скорость прямой реакции.

3) 1 ккал = 4.184 кДж.

128 ккал/моль = 4.184 * 128 = 535.552 кДж/моль.

Тепловой эффект реакции в изобарно-изотермических условиях, по закону Гесса, приобретает свойства функции состояния и равен приращению энтальпии. Положительным считается тепло, поступающее в систему.

dH = - Q = - 535.552 кДж/моль.

Реакция образования 1 моль HF:

0.5H2 + 0.5F2 = HF + 0.5Q

Энтальпия данного процесса:

0.5dH = - 267.776 кДж/моль.

При протекании реакции в стандартных условиях и если считать водород идеальным газом, то по уравнению состояния идеального газа:

n = p * V / R *T

n = 101325 * 100 * 10^-3 / 8.31 * 298 = 4.092 моль.

Если в реакцию вступает 100 л водорода, тепловой эффект реакции равен: 4.092 * 535.552 = 2.191 * 10^3 кДж.