Термодинамические характеристики (H,S,G) и возможность самопроизвольного протекания процесса

Федеральное агентство по образованию

Государственное учреждение высшего

профессионального образования

Московский государственный университет

Кафедра химии

Курсовая работа

"Термодинамические характеристики (H,S,G) и возможность самопроизвольного протекания процесса"

Выполнил:

студент группы 420681

Проверил:

доцент кафедры химии

Москва 2009

План курсовой работы

Уравнять реакцию, используя электронно-ионный метод, указать процесс окисления, восстановления (окислитель, восстановитель).

Найти потенциалы окислителя и восстановителя указать направления протекания процесса.

Определить термодинамические характеристики (H, S, G) и возможность самопроизвольного протекания процесса.

Определить, изменение каких параметров может сместить равновесие в сторону продуктов реакции (написать кинетическое уравнение).

Написать электронную формулу всех элементов по 2 и 4 квантовым числам. Для отмеченного атома определить высшую и низшую валентность (составить формулу для гидроксидов, оксидов, солей и их химических соединений). Может ли взаимодействовать отмеченный металл с кислотами (HCL, H₂SO_{4 (р),}H₂SO_{4 (к),}HNO_{3 (P),}HNO_{3 (K),} растворами щелочей) (ответы обосновать). Отмеченный металл находиться в контакте с железом. Как будут протекать процессы коррозии во влажном воздухе и кислой среде. Способы защиты металла от коррозии.

Уравнять, используя электронно-ионный метод.

3Pb^*O₂ + Cr₂ (SO₄) ₃ +16NaOH 3Na₂PbO₂+2 Na₂CrO₄ + 3Na₂SO₄+8H₂O

1 Cr₂^{+2 -} 6e2Cr⁺⁶ - Окисление восстановителя

3 Pb⁺⁴ +2ePb^{+2 -} Восстановление окислителя

Метод полу-реакции

1 Cr₂⁺² +16OH ^- 6e2CrO4^-2 +8H₂O - Окисление восстановителя

3 Pb⁺⁴ +2ePb^{+2 -} Восстановление окислителя

PbO₂+Cr₂⁺³+16OH PbO₂+2CrO₄+8H₂O

2. Потенциалы окислителя и восстановителя.

E⁰Pb⁺⁴/Pb⁺²⁼ 2, 33 - окислитель

E⁰Cr⁺²/CrO₄^-2 = 0, 53 - восстановитель

∆E= E окислителя - E восстановителя = 2,33-0,56=1,80

∆E>0, следовательно, ∆G<0 - самопроизвольное протекание процесса

3. Приведены стандартные образования  H и Sпри температуре 298K.

Вещество	∆HKДж/моль	S0Дж/ моль*K
Cr2 (SO4) 3	-3308	288
PbO2	-276,6	-218,3
NaOH	- 425,88	64,43
Na2PbO2	-819,3	189,1
Na2CrO4	-1343	176,6
Na2SO4	-1387,9	149,58
H2O	-285,8	70,1

4. Определить, изменением каких параметров можно сместить равновесие в сторону продуктов реакции

Согласно принципу Ле-Шателье при повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции. Поскольку данная реакция является эндотермической, то для того чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции, необходимо понизить температуру.

5. Написать электронную формулу 2 и 4 квантовым числам

H 1s¹

O 1s² 2s² 2p⁴

Na 1s²2s²2p⁶3s¹

S 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Cr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹

Pb 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p²

6. Определить высшую и низшую валентность

Pb - химический элемент IV группы; конфигурация внешней оболочки атома 6s²6p². Наиболее характерны 2 степени окисления +2 и +4.

Pb⁺²Pb⁺⁴

PbOPbO₂

Оксид олова (II) Оксид олова (IV)

Основный Амфотерный

Pb (OH) ₂ Pb (OH) ₄=H₂PbO₃

KNO₃ + Pb = KNO₂ + PbO

1 N⁺⁵ +2eN⁺³ - пр. восстановление (KNO₃) окислитель

1 Pb^{0 -} 2ePb^{+2 -} пр. окисление (Pb) восстановитель

2РbО + РbO₂ = Рb₂РbO₄ (Pb₃O₄)

Pb (NO₃) ₂ (конц) + Na₂CO₃ (конц) = PbCO₃↓ + 2NaNO₃

PbSO₄ + Na₂S = PbS↓ + Na₂SO₄

Pb (OH) ₂ + 2NaOH (конц) = Na₂ [Pb (OH) ₄] (_р)

7. Взаимодействие отмеченного металла с кислотами

(HCL, H₂SO_{4 (р),}H₂SO_{4 (к),}HNO_{3 (P),}HNO_{3 (K) )}, растворами щелочей.

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ (конц., гор) = 2PbSO₄+2H₂O

1 Pb^{0 -} 2ePb⁺² - пр. Окисление (Pb) восстановитель

2 H⁺ +1eH^{0 -} пр. Восстановление (H₂SO₄) окислитель

Pb + 2HCl = PbCl₂ + H₂

1 Pb^{0 -} 2ePb⁺² - пр. Окисление (Pb) восстановитель

2 H⁺ +1eH^{0 -} пр. Восстановление (HCl) окислитель

Pb + H₂SO_{4 (р)} = PbSO₄ + H₂

1 Pb^{0 -} 2e Pb⁺² - пр. Окисление (Pb) восстановитель

1 2H⁺ +2e2H^{0 -} пр. Восстановление (H₂SO₄) окислитель

Pb + 4HNO_{3 (р)} = Pb (NO₃) ₂ + 2NO₂ + 2H₂O

1 Pb^{0 -} 2ePb⁺² - пр. Окисление (Pb) восстановителя

2 N⁺⁵ +1eN^{+4 -} пр. Восстановление (HNO₃) окислителя

PbO2+MnSO₄ +2NaOH Na₂PbO₂+ Na₂MnO₃ +Na₂SO₄+H₂O

8. Анодное и катодное покрытие гальвано-пары Fe/Pb. Процесс коррозии сплава железа со свинцом и способ ее устранения.

E^o_pb²⁺ = 1,23 катод

E^o_Fe²⁺ = - 0,44 анод

В кислой среде процесс проходит с водородной деполяризацией:

Pb/H₂SO₄/Fe+

Продукт коррозии: PbSO₄ и H₂O

В нейтральной среде для активного металла процесс идёт с водородной деполяризацией:

Pb/H₂O,O₂/Fe+

2Pb+2 H₂O+ O₂=Pb+4OH

А (Fe): Fe - 2e = Fe²⁺ K (Pb): O2 + H2O + 4e = 4OH^-

Список литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. - / Под ред.В.А. Рабиновича. - Л.: Химия, 2006.

2. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: Учеб. пособие для вузов/ Под ред.В.А. Рабиновича и Х.М. Рубиной. - Л.: Химия, 2007

3. Блинов Л.Н., Перфилова И.Л., Чувиляев РГ. Химия. Основные понятия, реакция, законы, схемы: Учеб. Пособие. СПб. 2004.92с.

4. Химия. Классы химических соединений: Учеб. Пособие / Н.П. Танцура, А.В. Горелова, И.Н. Семенов, Л.Н. Блинов. (Серия "Школа-вуз"). СПб. 2005.67с.

5. Семенов И.Н., Перфилова И.Л. Химия. СПб.: Химия, 2000.656с.

6. Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 2009.558с.