Для химической реакции с участием газообразных веществ, приведенной в табл.1, провести следующие термодинамические расчеты:
1. Рассчитать тепловой эффект реакции при стандартной температуре при постоянном давлении ΔН и постоянном объеме ΔU;
2. Вычислить тепловой эффект реакции при температурах Т1, Т2, Т3 по температурным зависимостям теплоемкостей. Построить график зависимости теплового эффекта реакции от температуры;
3. Определить температурный коэффициент теплового эффекта ΔСр при температуре Т2 графическим и аналитическим методами. Провести анализ результатов расчета на основании уравнения Кирхгоффа;
4. Определить изменение энтропии и нормального сродства реакции при стандартной температуре. Провести анализ полученных результатов;
5. Рассчитать термодинамическую константу равновесия реакции К по методу Темкина – Шварцмана при температурах Т1, Т2, Т3 . Провести анализ полученных результатов на основании изобары химической реакции;
6. Рассчитать значения рациональных констант равновесия Кр, Кс, КN для заданной реакции при температуре Т2;
7. На основании данных расчета в п.5 построить график зависимости термодинамической константы равновесия от температуры в координатах lnK = f(1/T). Определить тепловой эффект реакции при температуре Т2 графическим методом и сравнить полученное значение с результатами расчетов п.2;
8. Вычислить равновесную степень превращения α и мольные доли компонентов равновесной смеси Ni при температуре Т2 и общем давлении в системе Робщ, если исходные вещества были смешаны в стехиометрических отношениях, а продукты реакции в исходной смеси отсутствуют;
9. Объяснить влияние общего давления в системе и парциальных давлений на стандартную константу равновесия К, константу равновесия КN и равновесную степень превращения.
№ Уравнения реакции Т1, К Т2, К Т3, К Роб.105 , Па
3 С2Н4+ С2Н5ОН ↔ С2Н5ОС2Н5
диэтиловый эфир 500 600 700 1,5
Решение
Рассчитываем тепловой эффект реакции при стандартной температуре при постоянном давлении ΔН и постоянном объеме ΔU:
ΔН0 298 = ΔН0298(С2Н5ОС2Н5)- (ΔН0298(С2Н4)+ ΔН0298(С2Н5ОН) = -252,21- (52,30 +(-234,80)) = -69,71 кДж
Таблица 1. Термодинамические данные веществ реакций
Вещество ∆Н0298 кДж/моль S0298,
Дж/моль∙К
Ср, Дж/моль∙К
а b‧103 c‧106
С2Н4 52,30 219,45 11,32 122,01 -37,90
С2Н5ОН -234,80 281,38 10,99 204,70 -74,20
С2Н5ОС2Н5 -252,21 342,67 21,09 341,70 -117,90
Найдем тепловой эффект реакции при постоянном объеме:
ΔU0298 = ΔН0298 - ΔnRT
где Δn – изменение числа моль газа, Δn = 1-(1+1) =-1
ΔU0298 = -69710-(-1)‧8,314‧298 = -67232 Дж = -67,232 кДж.
2. Тепловой эффект реакции при постоянном давлении и заданных в условии температурах определяется по формуле:
Для расчета проведем следующие вычисления:
=21,09-11,32-10,99 = -1,22 Дж/моль∙К
=(341,70-122,01-204,70)∙10-3 = 14,99 Дж/моль∙К2
= (-117,90+37,90+74,20)10-6 =-5,8∙10-6 Дж/моль∙К3
На основании полученных данных строим график зависимости теплового эффекта реакции от температуры в интервале температур 500-700 К:
α
Рис. 1. График зависимости теплового эффекта реакции от температуры.
3. Определяем температурный коэффициент теплового эффекта ΔСр при температуре 600 К графическим методом, по графику на рис. 1.
ΔСр = tgα = (-68,1-(-68,86)∙103/(660-521) = 5,47 Дж/К
Определяем температурный коэффициент теплового эффекта ΔСр аналитическим способом по уравнению Кирхгоффа:
ΔСр =∆а +∆b∙T+∆c∙T2 = -1,22 +14,99·10-3 ∙600-5,8∙10-6 ∙6002 = 5,686 Дж/К.
Температурный коэффициент, рассчитанный графическим и аналитическим методами хорошо согласуются
.
4. Определяем изменение энтропии реакции:
ΔS0 298 = ΔS0298(С2Н5ОС2Н5)- (ΔS0298(С2Н4)+ ΔS0298(С2Н5ОН) = 342,67- (219,45+281,38) = -158,16 Дж/K
Рассчитываем нормальное сродство реакции при стандартной температуре, по формуле:
∆рG0298 = ∆рH0298 – T∙∆рS0298 = -69710 – 298∙(-158,16) = -22578 Дж
Поскольку, ∆рG0298<0, то при 298 К реакция проходит в прямом направлении. Так как, ∆рH0298<0, и ∆рS0298<0, то только энтальпийный фактор способствуют прохождению реакции в прямом направлении при данной температуре.
5. Рассчитываем термодинамическую константу равновесия реакции К по уравнению:
∆G = -RT∙lnK
Рассчитываем значения ∆G при температурах Т1, Т2, Т3, по методу Tемкина Шварцмана:
∆рG0Т = ∆рG0298 – Т(Мо∆a+M1∆b+M2∙∆c)
Коэффициенты в уравнении Темкина-Шварцмана:
Т Мо М1∙10-3 М2∙10-6
500 0,1133 0,0407 0,0140
600 0,1962 0,0759 0,0303
700 0,2794 0,2794 0,0498
∆рG0500=-22578-500(0,1133∙(-1,22)+0,0407∙103∙14,99∙10-3+0,0140∙106∙(-5,8∙10-6)= =-22773,3 Дж
∆рG0600= -22578 – 600(0,1962∙(-1,22) + 0,0759∙103∙14,99∙10-3+
+0,0303∙106∙(-5,8∙10-6) = -23011,6 Дж
∆рG0700= -22578 – 700(0,2794∙(-1,22) + 0,2794∙103∙14,99∙10-3+
+0,0498∙106∙(-5,8∙10-6) = -23347,0 Дж
lnK0500 =-∆G/RT = 22773,3/(8,314∙500) = 5,47;K0500 = 239,4
lnK0600 = 23011,6 /(8,314∙600) = 4,61;K0600 = 100,8
lnK0700 = 23347,0/(8,314∙700) = 4,01; K0700 = 55,2
Проведем анализ полученных результатов на основании изобары химической реакции:
, поскольку, ∆Н<0, то выражение , то есть с ростом температуры константа равновесия уменьшается, что и подтверждено расчетами К.
6
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
