Прямая или обратная реакция будет протекать в системе: CH₄(г)+CO₂(г)=2CO(г)+2H₂(г) Подсчитайте ΔG°₂₉₈...

Для определения того, какая реакция будет протекать - прямая или обратная, нам необходимо вычислить изменение свободной энергии реакции (ΔG). Формула для расчета ΔG выглядит следующим образом:

ΔG = ΔG° + RT ln(Q)

где ΔG° - изменение свободной энергии при стандартных условиях (298K, 1 атм), R - универсальная газовая постоянная, T - температура в Кельвинах, Q - отношение концентраций продуктов и реагентов.

Для данной реакции у нас имеется следующее уравнение:

CH₄(г) + CO₂(г) = 2CO(г) + 2H₂(г)

ΔG°₂₉₈ = ΣnΔG°(продукты) - ΣnΔG°(реагенты) ΔG°₂₉₈ = 2ΔG°(CO) + 2ΔG°(H₂) - ΔG°(CH₄) - ΔG°(CO₂)

После подстановки значений ΔG° из таблиц стандартных термодинамических данных и расчетов получаем значение ΔG°₂₉₈. Затем, если ΔG < 0, то прямая реакция будет протекать, если ΔG > 0, то обратная реакция будет протекать.

Для того чтобы понять, будет ли протекать прямая или обратная реакция в системе CH₄(г) + CO₂(г) = 2CO(г) + 2H₂(г), необходимо рассчитать изменение стандартной свободной энергии Гиббса (ΔG°) при 298 K. Изменение свободной энергии Гиббса может быть рассчитано по следующей формуле:

[ \Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T\Delta S^\circ ]

где:

• ( \Delta H^\circ ) — изменение стандартной энтальпии реакции,
• ( T ) — температура в кельвинах,
• ( \Delta S^\circ ) — изменение стандартной энтропии реакции.

Для начала найдем значения ( \Delta H^\circ ) и ( \Delta S^\circ ) для данной реакции. Для этого необходимо использовать стандартные значения энтальпии образования и энтропии для каждого вещества:

1. ( \Delta H^\circ_{f,CH_4(g)} ) = -74.8 кДж/моль
2. ( \Delta H^\circ_{f,CO_2(g)} ) = -393.5 кДж/моль
3. ( \Delta H^\circ_{f,CO(g)} ) = -110.5 кДж/моль
4. ( \Delta H^\circ_{f,H_2(g)} ) = 0 кДж/моль (элемент в его стандартном состоянии)

[ \Delta H^\circ = [2(-110.5) + 2 \times 0] - [-74.8 - 393.5] ] [ \Delta H^\circ = [-221 + 0] - [-468.3] ] [ \Delta H^\circ = -221 + 468.3 = 247.3 \; \text{кДж/моль} ]

Теперь рассчитаем ( \Delta S^\circ ) используя стандартные значения энтропии:

• ( S^\circ_{CH_4(g)} ) = 186.3 Дж/(моль·К)
• ( S^\circ_{CO_2(g)} ) = 213.7 Дж/(моль·К)
• ( S^\circ_{CO(g)} ) = 197.7 Дж/(моль·К)
• ( S^\circ_{H_2(g)} ) = 130.7 Дж/(моль·К)

[ \Delta S^\circ = [2 \times 197.7 + 2 \times 130.7] - [186.3 + 213.7] ] [ \Delta S^\circ = [395.4 + 261.4] - [400] ] [ \Delta S^\circ = 656.8 - 400 = 256.8 \; \text{Дж/(моль·К)} ]

Теперь можно подставить значения в формулу для ( \Delta G^\circ ):

[ \Delta G^\circ = 247.3 \times 10^3 - 298 \times 256.8 ] [ \Delta G^\circ = 247300 - 76526.4 = 170773.6 \; \text{Дж/моль} ]

Так как ( \Delta G^\circ ) положительно, это указывает на то, что прямая реакция не будет самопроизвольно протекать при стандартных условиях. Следовательно, обратная реакция будет протекать самопроизвольно.