Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ




Задача 1 Определить тепловой эффект химической реакции в стандартных условиях среды при 500 К: СНз ОН + 3/202(г) = СО2(г) + 2 Н2 0(г)

 

Решение. Из справочника (5) выпишем необходимые для расчета термодинамические величины

Вещество СО2(г) Н2О(г) О2(г) СН3ОН(г)
ΔНг298 Кдж/моль -393,51 -241,84 -201,20
Ср298 КДж/моль*К 37,13 33,56 29,36 43,90

 

Для расчёта теплового эффекта и изменения теплоёмкости применим следствие из закона Гесса, при этом учитываем, что для простых веществ стандартная теплота образования равна нулю.

ΔНР ΣΔНſкон - ΣΔНſисх= ΔНР(СО2)+2ΔН(Н20) - ΔН(СНзОН)=(-393,51)+

+ 2(-241,84) - (201,2)= = -675,99 кДж.

Знак минус перед тепловым эффектом означает, что теплота выделяется в результате реакции.

ΔСр298 = Ср (СО2) +2Ср (Н20) - Ср(СНзОН) - Ср (О2) =

= 37,13+2*33,56 - 43,9 - 3/2 *29,36 =16,31 Дж/К

Тепловой эффект при 500К находим по уравнению Кирхгофа, где принимаем Ср = Ср298 = const.

ΔН500=ΔН298 + 298500 ΔСр dT= -675,99*103 + 16,31(500-298)=672,70*103 кДж=

= - 672,7 кДж

Задача2 Рассчитать (по теплоте сгорания) стандартную теплоту образования глицерина С3Н8О3(ж)

Решение Из определения теплот образования следует, что Нʄ298 (СзH8Оз) - это тепловой эффект реакции:

ЗС(гр) + 4Н2 +3/202 = СзН8Оз(ж),

используя следствие из закона Гесса, можно записать:

ΔНʄ298 (Сз Н8 Оз)=3 ΔНсгор.(Ст) + 4 ΔНсгор./Н2) - ΔНсгор(Сз Н8 Оз)

Теплоты сгорания простых веществ при стандартных условиях численно равны стандартной теплоте образования продукта сгорания, т.е. для реакций

Н2+1/202 = Н2О(ж)

из справочника (5) определяем С + 02(г) =С02(г)

ΔН298.сгор.2) = ΔНʄ2982Ож) =-241.81 Кдж/моль

ΔН298.сгоргв) = ΔНʄ298(СО2) = -393.51 Кдж/моль.

Теплоты сгорания органических веществ в стандартных условиях приведены в[1,ст.45].

ΔНсгор2983 Н8 О)= -1661.05 Кдж/моль.

тогда Нʄ298 (С3Н8Оз) = [3(-393,51) - 4(-285,83)]- (-1661.05)= -602.8 Кдж/моль По справочным данным эта величина равна -668.6 Кдж/моль.

Задача 3 Дайте заключение о возможности самопроизвольного протекания химической реакции при Т=298К

СНз -CН- COOН СНз -C-COOН +Н2


ОН О

молочная к-та пировиноградная к-та

 



Вещество ΔНʄ298 Кдж/моль S298 Дж/моль*К
Молочная к-та -673
Пировиноградная к-та -586
Н2

 

Решение. Рассчитаем :

Изменение энтальпии: ΔНр = (-586+0)-(-673)=87(кДж)

Изменение энтропии: ΔSр = (179+130)-192 = 117 (Дж/К)

Изменение энергии Гиббса по уравнению Гиббса - Гельмгольца (первое приближение)

ΔG298= ΔН298-T ΔS298=87*103-298*117=52134(Дж)~52,1 кДж

реакция самопроизвольно протекать не может т.к. ΔG298 > 0.

 

Задача 4. При 1000К и 1,013*105Па из исходной смеси, содержащей 1 моль SО2 и 0,6 моль О2, при достижении равновесия образовалось 0,22 моль SОз. Определить Кр для реакции 2SO2 + О2 = 2SO3

Решение. На образование 0,22 моль SO2, согласно уравнению реакции израсходовано 0,22 моль SO2 и 0,11 моль кислорода. Запишем число молей: 2SO2 + О2 = 2SO3

в исходной смеси 1 0,6 0

в равновесной смеси (l-0,22)(0,6-0,1l) 0,22

0,78 0,49

Σv = 0,22+0,78+0,49= 1,49

Pso2 =Nso2*Poбщ. = (0,78/1,49)*1,013 *105=5,31*104Па

Po2 = (0,49/1,49)* 1,013*105= 3,22*104Па

Pso3= (0,22/1,49)* 1,013*105= 1,5*104Па

Kp= Pso3/( Pso2* Po2) =(( 1,5*104)2)/((5,31*104)2*3,22* 104) = 2,4*10-Па-1

Задача 5. Для реакции: СО + CL2 = COCL2 при 600°С константа равновесия равна 6,386. В каком направлении будет протекать реакция, если в 1 л реакционной смеси находится

а) 1моль СО :1моль CL2: 4моль COCL2

б)1 моль СО : 1моль CL2: 8моль COCL2

в) 1мольСО: 1,565 моль CL2 :10 моль COCL2

Решение Воспользуемся уравнением изотермы химической реакции.

ΔG = - RTlnKc+RTln (CCOCL2)/(Cco*CCL2)

а) ΔG = - RTln 6,386 - RTln 4

He производя вычислений, а лишь сравнив величины, стоящие за знаком логарифма, можно сделать вывод, что G<0. Это значит, что при смешивании реагирующих веществ в указанных соотношениях реакция пойдёт в сторону образования COCL2

б) ΔG= - RTln 6,386+RTln 8

Сравнив оба слагаемых, можно сделать вывод, что ΔG>0. Это значит, что при смешивании реагирующих веществ в указанных соотношениях реакция пойдёт в сторону образования COCL2.

в) ΔG= - RTln 6,386+RTln 6.386

Сравнив оба слагаемых, можно сделать вывод, что ΔG=0. В этом случае система находится в стоянии химического равновесия.

 

Задача 6. Рассчитать значение константы равновесия для реакции при 1000К, если изменение энергии Гиббса равно (-100,79 кДж)

1/2H2(г)+l/2CL2(г)= HCL(г)

Решение. Воспользуемся уравнением изотермы при стандартных условиях. ΔG=RTlgКр,

lnKp=(-ΔGт)/(2,3*RT)= (-100,79)/(2,3*8,31*1000)=5,27Кр = 1,86* 105

Пример решения контрольного задания по теме "Термодинамика"

2СН4 → С2Н2 +3 Н2

1. Для указанной реакции при стандартных условиях вычислить:

- изменение энтальпии;

- качественно и количественно найти изменение энтропии;

- определить возможность протекания реакции.

2. Как изменится тепловой эффект реакции, если провести её при 1500К.

3. Определить возможность протекания реакции при 1500К.

4. Рассчитать константу равновесия для температур 298К и 1500К. Сделать вывод о состоянии равновесия.

Решение

 

1. Выпишем табличные данные, необходимые для решения [5].

 

Вещества ΔНʄ298 кДж/ моль S298 Дж/ моль*К ΔG298 кДж/ моль Cp=ʄ(T) температурный интервал
а b*103 c*106 c*10-5
СН4(г) -74,9 186,2 -50,8 14,32 74,66 -17,43 - 298-1500
С2Н2(г) 226,8 200,8 209,2 26,44 66,65 -26,49 - 298-1000
Н2(г) 130,5 27,28 3,26 - 0,5 298-3000
Δ 376,6 219,9 310,8 79,64 -72,89 8,38 1,5  
Мо=0,8141:М1=0,04814×103:М2=0,3362×106-2=0,361×10-5[5. стр92]

 

Определим изменение энтальпии при стандартных условиях по следствию из закона Гесса: ΔНʄ298= ΔНʄ КОН ΔНʄИСХ. = 226,8+3×0-2×(-74,9)=376,6 кДж

Реакция идёт с поглощением тепла.

 

2. Энтропия - это функция характеризующая меру беспорядка в системе, а т.к. в системе находятся только газообразные вещества, и количество молей их возрастает при переходе системы из исходного состояния в конечное, то энтропия при этом возрастает.

Количественно изменение энтропии определим по формуле:

ΔS298= S298(кон)- S298(исх)= 200,8+3* 150,5-2* 186,2=219,9 Дж/К

 

3. Возможность протекания реакции определим по величене G298, которою можно вычислить двумя способами:

а) по табличным данным:

ΔGʄ298 = ΔGʄкон - ΔGʄисх = 209,2+3*0- (-50,8)=310,8 кДж

б) по энергии Гиббса-Гельмгольца:

AG298= ΔH298 - ТΔS298 = 376,6* 103 -298*219,9=376*103- 65500=311100L=311кДж Т.к. ΔG298>0, следовательно, реакция при этих условиях самопроизвольно идёт в обратном направлении.

 

4. Тепловой эффект при 1500К рассчитаем по уравнению Кирхгофа

ΔH1500= ΔН298 - Δа(1500 - 300)+(( Δb/2)(15002 -3002))+ (( Δ С/3)(15003-3003)-

- (ΔС1 ((1/1500)-(1/300)))

(298К округляем до 300)

Δа, ΔЬ, Δс, Δс1 найдём по следствию из закона Гесса:

Δа =(26,44+3*27,28) - 2*14,32=79,64 Дж/К

Δb =(66,65+3*3,26) - 2*74,66=-72,89*10-3 Дж/К

Δс =-26,48-2*(-17,43)=8,38* 10-6 Дж/К

Δс1= 3*0,5=1,5* 10-5 Дж/К

ΔH1500 =376,6*10-3+79,64*1200-((72,89/2)*10-3)(15002-3002)+((838/3)*10-6)(15003-

-3003)- 1,5*105((1/1500)-(1/300)))=402,5кДж

 

5. Возможность самопроизвольного протекания реакции при 1500К определить по G1500, которую вычислим с использованием метода Темкина-Шварцмана:

ΔG1500 =ΔН298 - ТΔS298- Т(Δа М0 + Δb M1 + ΔсМ-2 + Δс1M2) =

= (376,6* 103)-1500*219,9-1500(79,64*0,8141 - (72,89* 103)*(0,4814*10-3))+

+(1,5*105)*(0,361 * 10-5)+(8,38*10-6)*(0,3362* 106)=-2,9

т.е.при этих условиях протекание реакции возможно.

 

6. Константа равновесия реакции равна Кр=([С2Н2]*[Н2]3)/[СН4]2

Величину Кр при Т= 298К и 1500К рассчитаем по уравнению изотермы реакции при стандартных условиях.

ΔG= - RTln Кр = -2,3RTlg Kp

1nКр=-( ΔGT/RT); lgKp=-( ΔGt/2,3RT)

1nКр= -(311 * 103)/(8,31 *298)=-126 : Кр(298)= 1,9* 10-55

1nКр= -(-2,9* 103 )/(8,31 *1500)=0,23: Kp(1500)=1,26

По величине Кр можно сделать вывод о состоянии равновесия в системе. При 298К Кр очень мала, следовательно, система далека от состояния равновесия и реакция идёт в обратном направлении. При 1500К Кр близка к 1 поэтому можно сделать вывод, что система близка к состоянию равновесия.

 





Читайте также:





Читайте также:
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной...
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ...
Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация...
Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней...

©2015 megaobuchalka.ru Все права защищены авторами материалов.

Почему 3458 студентов выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.014 сек.)