Вход

Тепловые эффекты химических реакций

Контрольная работа по химии
Дата добавления: 18 мая 2009
Язык контрольной: Русский
Word, rtf, 4.1 Мб (архив zip, 254 кб)
Контрольную можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

Самостоятельная работа № 1

Вариант № 8


1.Вывести аналитическую зависимость теплового эффекта (Дж) реакции от температуры Т:



Стандартный тепловой эффект и уравнение зависимости из приложения 1.

2.Вычислить тепловой эффект при температуре Т=500 К.

3.Построить графики зависимости:


и - в том интервале температур, для которого справедливо выведенное уравнение зависимости

4.Определить графически как при и сравнить полученный результат с рассчитанным по формуле


Решение.

Таблица 1

Вещество

, Дж/моль?К

Температурный интервал

-601,49

48,98

3,14

-11,44

298…3000

-241,8

30,0

10,71

0,33

298…2500

-924,6

46,99

102,85

-

298…541

-

78,98

13,85

-11,11

298…541

-

46,99

102,85

-

298…2500

-16,9

31,99

-89

-11,11

298…2500

81,3


-

-

-


Из данных, приведенных в таблице, получаем:


Проверяем


С учетом последнего выражения найдем интегрированием уравнения Кирхгофа в пределах от 298 до Т (Т  1000):


Результаты расчетов по уравнениям представлены в табл. 2.


Таблица 2

T, К

, Дж/К

, Дж/К

, Дж/К

, Дж

300

70,791

77,760

-6,969

81060

325

72,963

80,331

-7,368

80880

350

74,758

82,903

-8,145

80690

375

76,273

85,474

-9,201

80470

400

77,576

88,046

-10,47

80220

425

78,715

90,618

-11,903

79440

450

79,726

93,189

-14,74

79620

475

80,635

95,761

-15,126

79260

500

81,461

98,332

-16,871

78860

525

82,222

100,90

-18,678

78410

541

82,667

102,55

-19,883

77920


На рис. 1 и 2 представлено изменение ; и в зависимости от температуры, а также определение при Т1 = 310 К.

Строим графики зависимостей:




и



Определяем графически, как при и сравниваем полученный результат с рассчитанным по формуле



по модулю


Самостоятельная работа № 2

Вариант № 8


В таблице 1 для некоторого чистого вещества приведены молекулярная масса (кг/кмоль), плотности в твердом и жидком состояниях (и в кг/м3) при температуре трехфазного равновесия (тройная точка), и экспериментальные данные [2] по упругости паров над твердым и жидким веществом при разных температурах. Необходимо:

  1. по графикам зависимостей от или аналитически рассчитать численные значения постоянных коэффициентов в интегральных уравнениях Клаузиуса — Клапейрона



2) вычислить средние для исследованных интервалов температур теплоты испарения, возгонки и плавления; определить координаты тройной точки (параметры трехфазного равновесия);

3) вычислить величину , характеризующую наклон линии фазового равновесия "" в тройной точке;

4) построить диаграмму фазовых равновесий вещества;

5) вычислить температуру плавления вещества при заданном внешнем давлении Р (Па) и оценить нормальную температуру кипения;

6) рассчитать изменение внутренней энергии, энтальпии, свободных энергий Гиббса и Гельмгольца для процесса равновесной возгонки 1 моля вещества при температуре тройного равновесия.


Таблица 1

Вариант

Твёрдое состояние

Жидкое состояние

Условия


8

276,6

278,2

279,2

280,2

281,4

1413

1706

1879

2066

2372

277,2

279,2

281,4

283,2

285,2

288,7

1826

2082

2372

2626

2932

3279

;

;

;


Решение:

1. Интегрирование уравнения Клаузиуса — Клапейрона в предположении постоянства теплот испарения и возгонки , дает выражения:



потенцирование, которых приводит к зависимости в явном виде давлений насыщенных паров от температуры:



Графики линейных зависимостей от представлены на рис. 3 по данным, приведенным в табл. 5.

По положению прямых на рис. 3 возможно графическое определение постоянных А и В в уравнениях . После чего теплоты испарения и возгонки можно определить из соотношений: и . Такие расчеты связаны с ошибками из-за достаточно произвольного проведения прямых линий по экспериментальным точкам.

Для более точного аналитического расчета параметров уравнения Клаузиуса — Клапейрона воспользуемся методом наименьших квадратов. Постоянные А и В уравнения , где и , можно рассчитать из известных соотношений:


Таблица 5

Равновесие твёрдое вещество — газ

1

1413

7,2535

276,6

0,00361

1,300105

0,0261

1421

2

1706

7,4419

278,2

0,00359

1,288105

0,0267

1687

3

1879

7,5385

279,2

0,00358

1,281105

0,0271

1877

4

2066

7,6334

280,2

0,00356

1,267105

0,0274

2086

5

2372

7,7715

281,4

0,00355

1,260105

0,0279

2365

n = 5


37,6388


0,01789

6,396?10–5

0,1352



Равновесие жидкость — газ


i

1

1826

7,50988

277,2

0,00360

1,296105

0,0270

1836,324

2

2082

7,64108

279,2

0,00358

1,28110–5

0,0273

2071,554

3

2372

7,77148

281,4

0,00355

1,26010–5

0,0275

2360,579

4

2626

7,87321

283,2

0,00353

1,24610–5

0,0277

2622,843

5

2932

7,98344

285,2

0,00350

1,22510–5

0,0279

2943,963

6

3279

8,09529

288,7

0,00346

1,19710–5

0,0281

3589,551

n = 6


46,874


0,02122

7,51110–5

0,1655




где n — число измерений. При использовании данных таблицы получим:



2. Из полученных уравнений рассчитываем среднюю теплоту испарения и возгонки:


.


Теплоту плавления вещества в тройной точке найдем по закону Гесса:

Нпл = Нвозг – Нисп = 68716,04?38776,49=29939,55 Дж/моль.

3. Вычислим dT/dp в тройной точке из уравнения:



Координаты тройной точки определяем совместным решением уравнений:

Ттр.т = 281 К; Ртр.т = 2289,5 Н/м2.



4. На рис. 4 приведены кривые зависимостей давлений насыщенного пара от температуры для твердого и жидкого вещества, рассчитанные по уравнениям . Эти линии определяют параметры фазовых равновесий «тв  газ» и «ж  газ». При имеющейся информации линию фазовых равновесий «тв  ж» проводим с учетом углового коэффициента этой линии в тройной точке

,


который считается независящим от давления (температуры). Получается практически вертикальная линия с неуловимым наклоном вправо. На диаграмме представлены исходные экспериментальные данные.

5. Температуру плавления вещества при давлении вычислим по формуле:


Отсюда


Рис. 2. Температурная зависимость давлений насыщенного пара для твердого и жидкого вещества


Нормальную температуру кипения вещества оценим, подставив в уравнение . Получим


6. Изменение термодинамических функций для процесса равновесной возгонки 1 моля вещества при условиях трехфазного равновесия составят:

Энергии Гиббса

Энергии Гельмгольца

Энтальпии

Внутренней энергии



Самостоятельная работа № 3

Вариант № 8


  1. Выразить и через равновесное число молей продукта х, если исходные вещества А и В взяты в стехиометрических количествах при общем давлении равновесной газовой смеси Р и температуре Т, К;

  2. Рассчитать и при 300 К, если

  3. Вычислить равновесное количество вещества С при давлении в равновесной системе и рассчитайте степень превращения вещества А и В.


A + B = 3C


Решение:

А

В


1), что говорит о том, что смесь неравновесная



Равновесные парциальные давления определим по закону Дальтона:


;

;


где - общее давление. Закон действующих масс для данной реакции запишется так:



Константу находим из соотношения:



2) Расчет и при заданной температуре, давлении и известном значении х



3) При изменении давления изменяется параметр х, температура остаётся неизменной, значение не меняется.

молей


Равновесное количество вещества равно:


молей


Рассчитаем степень превращения веществ А и В:


, условие выполнено.



Самостоятельная работа №4

Вариант № 8


Гетерогенная реакция между веществами А и В (табл. 1) протекает при постоянной температуре Т;

  1. определите стандартное сродство веществ А и В при 298 К;

  2. вычислите константы равновесия и при температуре Т;

  3. определите количество прореагировавшего твёрдого вещества А, если объём системы V м3, а исходное давление газа В равно Р1, объёмом твердой фазы можно пренебречь;

4) определите изменение энергии Гиббса, для начала реакции, если исходное давление газообразных веществ В и С соответственно равны Р2 и Р3, реакция протекает при температуре Т, К идеально обратимо.


Таблица 1

Реакция

Т, К

Па

Па

Па

м3

773

10

705

800

2


Решение:




1) Вычисление стандартного сродства веществ А и В при 298 К;



2)Вычисление констант равновесия и при температуре 773 К.



Вещество

, Дж/моль?К

Температурный интервал

0

16,86

4,77

– 8,54

298…2500

0

31,46

3,39

– 3,77

298…3000

-110,53

28,41

4,10

– 0,46

298…2500

-

28,41

4,10

– 0,46

298…2500

-

48,32

8,16

12,31

298…2500

-9,47

– 19,91

–4,06

–12,77

298…2500



Константу равновесия можно найти из соотношения:



3)Определение количества прореагировавшего твёрдого углерода, если объём системы м3, а исходное давление газа равно

Па


, что говорит о том, что смесь неравновесная


2


,


Равновесные парциальные давления определим по закону Дальтона:


;

;


где - общее давление. Закон действующих масс для данной реакции запишется так:



С учетом того, что углерода расходуется в 2 раза больше, чем кислорода, то количество прореагировавшего углерода составит 0,005 молей.

4) Определение изменения энергии Гиббса для начала реакции



Самостоятельная работа № 5

Вариант 8


Зависимость константы равновесия реакции от температуры (табл. 9) выражается уравнением коэффициенты a, b, c и d приведены в табл. 1, давление выражено в Паскалях:

  1. определите константу равновесия реакции при Т, К;

  2. постройте график зависимости в интервале температур от (Т – 100) до (Т + 100) К;

  3. укажите, как изменяется константа равновесия при повышении температуры;

  4. определите тепловой эффект реакции при Т, К;

  5. сопоставьте тепловой эффект, вычисленный в п. 4, с тепловым эффектом, вычисленным по закону Кирхгофа при температуре Т, К;

  6. определите стандартное сродство реагирующих веществ при температуре Т, К.


Реакция (А)

К

Т, К

500


Таблица 1

a

b

c

d

– 4600

0,623

– 0,001 02

17,776


Решение:

1)Определение константы равновесия при 500 К.

Заменяем десятичный логарифм натуральным, для чего умножаем обе части уравнения на .


Подставляем значение Т в полученное уравнение:



2)Построение графика зависимости в интервале температур от 400 до 600 К;


400

7,489

475

9,724

550

10,558

425

8,156

500

9,747

575

10,908

450

8,747

525

10,173

600

11,228


3) Константа равновесия при повышении температуры увеличивается. Принимаем Т=1000К и повторяем расчет. Функция экспоненты в степени х является возрастающей, значит чем больше значение логарифма функции, тем больше сама функция.



4)Определение стандартного теплового эффекта при Т=500К


5)Сопоставление теплового эффекта, вычисленного в п. 4, с тепловым эффектом, вычисленным по закону Кирхгофа при температуре 500 К;

Сначала вычисляем стандартный тепловой эффект при 298 К.



Вычисление теплоёмкостей конечных и исходных продуктов реакции. Значения и взяты из приложения 1 методического пособия.



Небольшая разница возникает из-за погрешности вычисления.

6) Вычисление стандартного сродства веществ А и В при 500 К;



Самостоятельная работа №7

Вариант № 8


Вычислите константу равновесия Кр реакции при заданной температуре Т. Для расчета воспользоваться методом Темкина — Шварцмана и прил. 1 и 2.


Реакция

Т, К

400


Воспользуемся формулой:



Вещество

, Дж/моль?К

5,75

175,11

– 57,85

28,41

4,10

– 0,46

22,47

201,80

– 63,50

22,47

201,80

– 63,50

34,16

179,21

– 0,46

– 57,85

?11,69

22,59

– 0,46

– 5,65



© Рефератбанк, 2002 - 2017