Chemistry Labs

問題 2

解離ガスサイクル。四酸化二窒素は二酸化窒素と平衡混合物をつくる: NX2OX4(g)⇌2 NOX2(g)\ce{N2O4(g) <=> 2 NO2(g)}。NX2OX4\ce{N2O4} 1.00 mol を体積 24.44 dm3^3 の空の容器に入れた。298 K での平衡圧は 1.190 bar、348 K に加熱すると平衡圧は 1.886 bar になった。(a) 理想気体と仮定して 298 K における反応の ΔG∘\Delta G^{\circ} を計算せよ。(b) 温度依存を無視して ΔH∘\Delta H^{\circ} と ΔS∘\Delta S^{\circ} を計算せよ。NX2OX4\ce{N2O4} の可逆的解離は動力サイクルに利用でき、ステップ 3→43 \to 4 で高温の混合ガスがタービンを通して可逆・断熱膨張する。(c) CV,mC_{V,m} を一定とし、温度が T3T_3 から T4T_4 に下がるとき、不活性気体（空気）1 mol が可逆断熱膨張 3→43 \to 4 でする仕事の式を書け。
ステップ 4/5: 348 Kでも同様に計算し ΔH∘\Delta H^{\circ}、ΔS∘\Delta S^{\circ} を解く
← 前へ次へ →
x348=1.8861.184−1=0.593⇒K348=4.09,  ΔG348∘=−4.08 kJ mol−1⇒ΔS∘=176 J K−1mol−1,  ΔH∘=57.2 kJ mol−1x_{348} = \dfrac{1.886}{1.184} - 1 = 0.593 \Rightarrow K_{348} = 4.09,\; \Delta G^{\circ}_{348} = -4.08\ \text{kJ mol}^{-1} \Rightarrow \Delta S^{\circ} = 176\ \text{J K}^{-1}\text{mol}^{-1},\; \Delta H^{\circ} = 57.2\ \text{kJ mol}^{-1}
分析

348 K では pini=RT/V=1.184p_{ini} = RT/V = 1.184 bar より x=0.593x = 0.593、K348=4.09K_{348} = 4.09、ΔG348∘=−4.08\Delta G^{\circ}_{348} = -4.08 kJ mol−1^{-1}。ΔG348∘=ΔH−348ΔS\Delta G^{\circ}_{348} = \Delta H - 348\Delta S を ΔG298∘=ΔH−298ΔS\Delta G^{\circ}_{298} = \Delta H - 298\Delta S から引くと ΔS∘=0.176\Delta S^{\circ} = 0.176 kJ K−1^{-1} mol−1^{-1}、ΔH∘=4.72+298×0.176=57.2\Delta H^{\circ} = 4.72 + 298\times0.176 = 57.2 kJ mol−1^{-1}。