Задача 10. Энтальпия, энтропия и устойчивость

Все химические реакции в живой и неживой природе подчиняются законам термодинамики. Константа равновесия любой химической реакции определяется изменением стандартной энергии Гиббса, которая в свою очередь зависит от изменения энтальпии, изменения энтропии и температуры.

10-1. В скобках после утверждений (а-е) укажите все величины из перечисленных ниже, для которых данное утверждение справедливо:

                        константа равновесия, K_eq

                        изменение энтропии, ΔS

                        изменение энтальпии, ΔH

                        изменение энергии Гиббса, ΔG

            а) сильно зависит от температуры                                                       (………)

            б) определяется энергией связи                                                           (………)

            в) изменение меры беспорядка                                                            (………)

            г) выражается через количества реагентов и продуктов                (………)

            д) мера самопроизвольности реакции                                                 (………)

            е) количество поглощаемой или выделяемой теплоты                    (………)

Рассмотрим равновесие в реакциях разложения донорно-акцепторных соединений бора в газовой фазе:

                        D·BX₃(г)  D(г) + BX₃(г)

                        K_p = [D][BX₃] / [D·BX₃]

10-2. Константы диссоциации (K_p) для Me₃N·BMe₃ и Me₃P·BMe₃ при 100 °C равны 0.472 и 0.128 атм соответственно. Рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса этих реакций при 100 °C. Какое соединение более устойчиво в этих условиях?

10-3. Стандартное изменение энтропии диссоциации ΔS° для Me₃N·BMe₃ составляет 45.7 кал/(моль·К) и 40.0 кал/(моль·К) для Me₃P·BMe₃. Рассчитайте стандартное изменение энтальпии для обеих реакций разложения. В каком соединении центральная связь прочнее? Считайте, что ΔH и ΔS не зависят от температуры.

10-4. Какой фактор – энтропийный (T ΔS) или энтальпийный (ΔH) – определяет общую устойчивость этих комплексов?

10-5. При какой температуре Me₃N·BMe₃ будет более термодинамически стабилен, чем Me₃P·BMe₃? Считайте, что ΔH и ΔS не зависят от температуры.

Ответ

10-1.      а) K_eq и DG; б) DH; в) DS; г) K_eq; д) DG; е) DH.

10-2.      0.56 ккал/моль, 1.52 ккал/моль.

10-3.      17.6 ккал/моль, 16.4 ккал/моль.

10-5.      < 210 К.