Энергия гиббса в химии

Question

Энергия гиббса в химии

evefl Знаток (453), на голосовании 1 неделю назад

Метод химического осаждения из газовой фазы может использоваться для получения нитрида кремния согласно реакции:

3SiCl4 + 4NH3 = Si3N4 + 12HCl

При температуре T = 800 К равновесные парциальные давления всех трех газообразных участников реакции равны 4,09∙102 Па. Рассчитайте значение стандартной энергии Гиббса реакции при этой температуре.

Answer 1

Для расчета стандартной энергии Гиббса (ΔG°) реакции при данной температуре воспользуемся уравнением изотермы химической реакции:

ΔG° = -RTlnKp

где:

ΔG° — стандартная энергия Гиббса реакции
R — универсальная газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К))
T — абсолютная температура (800 К)
Kp — константа равновесия по парциальным давлениям
1. Рассчитаем константу равновесия Kp:

Константа равновесия по парциальным давлениям определяется как:

Kp = (PSi3N4) / (PSiCl4³ * PNH3⁴)

Нам дано, что парциальные давления всех трех газообразных компонентов равны:

PSiCl4 = PNH3 = PHCl = 4.09 * 10² Па = 409 Па

Поскольку твердое вещество (Si₃N₄) не участвует в выражении константы равновесия по парциальным давлениям (его активность принимается за 1), формула упрощается:

Kp = 1 / (PSiCl4³ * PNH3⁴) = 1 / (409³ * 409⁴) = 1 / (409⁷) ≈ 2.66 * 10⁻¹²

2. Рассчитаем стандартную энергию Гиббса:

Подставляем значения в уравнение изотермы:

ΔG° = - (8.314 Дж/(моль·К)) * (800 К) * ln(2.66 * 10⁻¹²)

ΔG° ≈ - (6651.2 Дж/моль) * (-26.03)

ΔG° ≈ 173000 Дж/моль ≈ 173 кДж/моль

Ответ: Стандартная энергия Гиббса реакции при температуре 800 К составляет приблизительно 173 кДж/моль. Обратите внимание, что это приближенное значение из-за округления Kp. Для более точного расчета следует использовать больше знаков после запятой при вычислении Kp.