Рассчитать для системы, в которой протекает реакция:
Реакция Т, К Состав газовой фазы
Si+2CO2=SiO2(стекл.)+2СО 1000 %СO2=10-6
По закону Гecca с помощью табличных данных тепловой эффект реакции при постоянном давлении и при 298 К;
Величину теплового эффекта реакции при той же температуре и при постоянном объеме;
По уравнению Кирхгофа тепловой эффект реакции при постоянном давлении и заданной температуре;
Изменение энтропии системы при 298 К;
По уравнению Темкина-Шварцмана изменение стандартной энергии Гиббса при заданной температуре;
Константу равновесия реакции и сделать вывод о полноте протекания реакции;
Записать выражение для константы равновесия и упростить.
Определить число степеней свободы.
Куда смещается равновесие с ростом температуры при постоянном давлении.
Куда смещается равновесие с ростом давления при постоянной температуре.
По уравнению изотермы реакции изменение энергии Гиббса в заданных условиях и сделать вывод о направлении протекания процесса.
Решение
Для расчёта выпишем из справочника табличные значения термодинамических величин для веществ, участвующих в реакции:
Вещество ΔHо,
кДж/моль Sо,
Дж/(моль∙К) ΔGо,
кДж/моль Коэффициенты уравнения
Ср = f(T)
a b∙103 c'∙10–5
Si 0 18.83 0 22,82 3,86 –3,54
CO2 -393,51 213,66 -394,37 44,14 9,04 -8,54
SiO2(стекл) -903,49 46,86 -850,71 56,02 15,41 -14,44
CO -110,53 197,55 -137,15 28,41 4,10 -0,46
1. Определение теплового эффекта реакции
Si+2CO2=SiO2(стекл.)+2СО
при постоянном давлении и Т = 298 К (изобарно-изотермический процесс)
ΔH0f.T = ∑(n∙ΔH0f.298)продукты – ∑(n∙ΔH0f.298)исходные
ΔH0f.298 = ((-903,49) + 2(-110,53)) - (0 + 2(-393,51)) = -337,53 кДж/моль
Вывод: при изобарном процессе и при стандартных условиях процесс экзотермический, тепло выделяется (ΔH0f.298<0) в количестве 337,53 кДж/моль.
2. Определение теплового эффекта реакции
Si+2CO2=SiO2(стекл.)+2СО
при постоянном объёме и при Т = 298 К (изохорно-изотермический процесс)
Тепловой эффект реакции в изохорно-изотермическом процессе равен
QV = ΔU = – nгазRT
Для реакции: Si+2CO2=SiO2(стекл.)+2СО
nгаз = 2 – 2 = 0 (т.к. число молекул газа в левой и правой частях уравнения реакции равно 2)
При Т = 298К и V = const тепловой эффект реакции равен
ΔU0f.,298 = ΔH0f.,298 –nгазRT = ΔH0f.298 + 0* RT = ΔH0f.298 = -337,53 кДж/моль
Вывод: при изохорном процессе и при стандартных условиях процесс экзотермический, тепло выделяется (ΔU0f.298<0) в количестве 337,53 кДж/моль.
3. Для вычисления теплового эффекта реакции при постоянном давлении и температуре Т = 1000 К воспользуемся уравнением Кирхгофа:
HТ =H298 +298Т∆CpdT = H298+Δa298ТdT+Δb·298ТTdT –Δc’∙298ТT-2dT
Из табличных значений а, b и с для веществ, участвующих в реакции:
Δа = (56,02 + 2*28,41) – (22,82 + 2*44,14) = 1,74
Δb = ((15,41 + 2*4,10) –(3,86 + 2*9,04))∙10–3 = 1,67∙10–3
Δс’ = ((-14,44) + 2*(-0,46)) – ((-3,54) + 2*(-8,54))∙105 = 5,26∙105
При Т = 1000 К
ΔH0f,Т = ΔH0f.298 + Δа(Т – 298) + 12∆bT2-2982+∆c'1298-1T
ΔH0f,1000 = -337,53∙103+1,74*(1000–298) + 12 (1,67∙10–3)(10002–2982) + (5,26∙105)1298-11000
ΔH0f,1000 = -335548 Дж/моль = = -335,55 кДж/моль
Вывод: при изобарном процессе и при Т = 1000 К процесс экзотермический, тепло выделяется (ΔH0f1000<0) в количестве 335,55 кДж/моль.
Изменение энтропии системы при 298 К;
ΔS0298 = ∑(n∙S0298)продукты – ∑(n∙S0298)исходные
ΔS0298 = (46,86+2*197,55) – (18,83+2*213.66) = -4.19 Дж/(моль∙К)
5
. По уравнению Темкина-Шварцмана изменение стандартной энергии Гиббса при заданной температуре равно:
ΔG0T = ΔH0298 – TΔS0298 – T(ΔaM0 + ΔbM1 + ΔcM2 + Δc’M–2)
Эмпирические значения постоянных M0, M1, M-2 при заданной температуре найдём в справочнике. Величины Δa, Δb, Δc, Δc’возьмём в таблице 1А
T M0 M1· M-2·
1000 0.5088 0,2463*103 0.2783·10-5
Δa
Δb
Δc’
1,74 1,67·10-3 5,26·105
ΔG0T = ΔH0298 – TΔS0298 – T(ΔaM0 + 1,67·10-3M1 + ΔcM2 + Δc’M–2)
ΔG0T = -337530 – 1000*(-4,19) – 1000*(1,74*0,5088 + 1,67*10-3*0,2463*103 +
+ 5,26·105*0,2783·10-5) = -336101 Дж/моль = -336,10 кДж/моль
6
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
