Тема: «Энергетика и направление химических реакций. Химическое равновесие»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СГУПС)

 

 

дисциплина Б.2.Б.03 «Химия»

кафедра «Химия»

 

 

методические рекомендации и перечень заданий для выполнения расчетно-графической работы по теме

«Энергетика и направление химических реакций. Химическое равновесие»

 

Направление подготовки 270800 «строительство»

 

Разработчик:

       доцент                                                              И.А. Паули                          

       (занимаемая должность)                              (подпись)                        (инициалы, фамилия)

 

 

Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «____» _________20___г. Протокол № _____

                       

 

Заведующий кафедрой «Химия», профессор                                                    ( С.А. Шахов )

 

 

Г. Новосибирск – 2012 г.

Выписка из рабочей программы

Учебной дисциплины Б.2.Б.03 «химия»

Направление подготовки 270800 «строительство»

Расчетно-графическая работа (РГР)

Самостоятельная учебная работа (РГР) выполняется студентами по темам раздела «Химическая термодинамика и кинетика» по индивидуальным вариантам. Перечень вариантов РГР определяется и утверждается кафедрой. Номер варианта РГР для каждого студента определяется преподавателем. Результатом работы является отчет в виде комплексного текстового документа и графических форм.

 

Общие положения и основные правила выполнения и защиты РГР по химии

Цель выполнения РГР – углубление знаний студентов по химии, развитие навыков решения прикладных задач.

Задачи РГР: закрепление теоретического материала по разделу «Химическая термодинамика и кинетика»; приобретение практических навыков решения прикладных задач; установление связей теоретического материала химии с ее прикладными задачами; приобретение навыков работы с научными, нормативными и справочными источниками; развитие творческих способностей студента.

Требования к структуре и оформлению РГР. Рекомендуемый объем пояснительной записки РГР – 10-15 листов. Отчет по расчетно-графической работе должен включать: титульный лист (см. Приложение 1), задание, оглавление, разделы (подразделы) основной части, список использованных источников, приложения (при необходимости), лист для рецензии преподавателя.

Оформление текстовой и графической частей должно соответствовать требованиям СТО СГУПС по оформлению курсовых и дипломных проектов (работ) для данного направления (специальности).

Выполненная РГР сдается на проверку в брошюрованном виде.

При сдаче на проверку РГР на титульном листе указываются фамилия исполнителя (с его подписью) и дата предоставления работы.

Порядок проведения защиты и критерии оценки РГР.

Результат предварительной оценки работы отражается на титульном листе в форме вывода: «К защите» или «Не допускается к защите». Замечания преподавателя указываются в рецензии. Срок предварительной оценки не должен превышать четырех рабочих дней.

К защите допускаются работы с наличием исправлений или ответа на указанные замечания. Если РГР не допускается к защите, она должна быть переработана студентом в соответствии с замечаниями и вновь представлена руководителю вместе с первым вариантом.

Защита РГР осуществляется в виде итогового собеседования с руководителем. При защите РГР учитываются:

- правильность решения задачи;

- самостоятельность и творческий подход к теме;

- логика аргументации и стройность изложения представленного материала;

- качество выполнения текстового и графического материала;

- полнота, правильность и аргументированность ответов при защите работы;

- своевременность представления работы.

Руководитель на титульном листе делает запись «Зачтено» в случае успешной защиты студентом РГР или «Не зачтено» при неудовлетворительной защите. В обоих случаях указывается дата и ставится подпись преподавателя.

Повторная защита РГР разрешается не ранее, чем через сутки. Если студент три раза получает неудовлетворительную оценку по результатам защиты, то ему выдается новое задание.

При наличии незащищенной РГР, студент не допускается к сдаче экзамена по химии.

Задание для выполнения расчетно-графической работы

Тема: «Энергетика и направление химических реакций. Химическое равновесие»

____________________________________   _________________         __________

           (Ф.И.О. студента)                                          (номер учебной группы)           (№ варианта)

Для обратимой газофазной реакции (табл.1):

1) рассчитайте стандартную энтальпию и стандартную энтропию реакции;

2) определите энтальпийный и энтропийный факторы протекания процесса в стандартных условиях; покажите, какой из них способствует самопроизвольному протеканию процесса в прямом направлении;

3) рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса при 25, 227, 427, 727 °С;

4) постройте график зависимости изменения энергии Гиббса от температуры в координатах: DG° (кДж) – Т (К);

5) по графику определите: температуру, при которой в системе равновероятны прямое и обратное направления реакции и область температур, при которых реакция в стандартных условиях может протекать самопроизвольно в прямом направлении;

6) рассчитайте температуру, при которой равновероятны прямое и обратное направления реакции, сопоставьте ее с определенной по графику;

7) рассчитайте значения констант равновесия К_р и К_с для температур 25, 227, 427, 727 °С;

8) определите направление протекания реакции при этих температурах: а) из стандартного состояния; б) при следующих начальных условиях: давление каждого из исходных веществ равно p ₁, давление каждого из продуктов реакции составляет p ₂ (табл.1);

9) рассчитайте равновесные концентрации всех компонентов равновесной системы при температуре 727 °С, если до начала реакции концентрация каждого из исходных веществ составляла 0,6 моль/л (продуктов реакции в системе не было), а к моменту равновесия прореагировало 50 % исходного вещества (если их два, то любого по выбору).

10) предложите способы увеличения концентрации продуктов реакции в равновесной смеси.

 

 П р и м е ч а н и я:

При ответах на вопросы задания допускается: 1) ΔH⁰_х.р. и ΔS⁰_х.р. не зависят от температуры; 2) ко всем газообразным компонентам системы применимы законы идеальных газов.

Необходимые справочные данные приведены в табл. 2.

 

_______________________ __ до 01.11.2012__________     _до 30.11.2012_______

   (дата выдачи задания)                (срок сдачи на проверку)                        (срок защиты РГР)

 

 

Рекомендуемая литература

1. Н.Л. Глинка. Общая химия. – М.: КНОРУС, 2009.

2. Н.В. Коровин. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2010.

3. Задачи и упражнения по общей химии: Учеб. пособие/ Под. ред. Н.В. Коровина. – М.: Высшая школа, 2003.

4. Н.Л. Глинка. Задачи и упражнения по общей химии. М.: «Интеграл-пресс», 2006.

5. Энергетика и направленность химических процессов: Метод. указ. к практическим занятиям и самостоятельной работе по химии / Сост. И.А. Паули. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009 .

6. Л.Ф. Кабанова Кинетика химических реакций: Метод. указ. для лабораторно-практической и самостоятельной работы. -  Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2007.

 

Таблица 1. Варианты расчетно-графической работы

Номер варианта	Уравнение обратимой реакции	p 1, кПа	p 2, кПа
1	2H2 + CO = CH3OH	70	50
2	2NO2 = N2O4	40	60
3	2NO2 = 2NO + O2	80	50
4	2HI + Cl2 = I2 + 2HCl	40	80
5	H2 + F2 = 2HF	40	90
6	H2 + Cl2 = 2HCl	50	80
7	H2 + I2 = 2HI	60	70
8	2SO2 + O2 = 2SO3	90	20
9	SO2 + Cl2 = SO2Cl2	70	50
10	COCl2 = CO + Cl2	30	40
11	CO2 + H2 = CO + H2O	80	90
12	2CO2 = 2CO + O2	30	80
13	C2H6 = C2H4 + H2	120	20
14	C2H5OH = C2H4 + H2O	80	30
15	N2 + 3H2 = 2NH3	70	40
16	2HBr = H2 + Br2	30	70
17	CH4 + H2O = CO + 3H2	90	30
18	PCl3 + Cl2 = PCl5	40	90
19	CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O	130	80
20	C3H6 + H2 = C3H8	40	140
21	CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O	80	20
22	CHCl3 + Cl2 = CCl4 + HCl	40	60
23	CH3OH = 2H2 + CO	70	30
24	H2 + Br2 = 2HBr	120	40
25	N2O4 = 2NO2	60	80
26	CO + Cl2 = COCl2	80	50
27	CO + H2O = CO2 + H2	40	60
28	C2H4 + H2 = C2H6	70	30
29	C2H4 + H2O = C2H5OH	40	70
30	C2H2 + H2 = C2H4	80	50

Таблица 2. Термодинамические характеристики некоторых веществ при 298 К

Вещество	∆H0f , кДж/моль	S0, Дж/(моль∙К)	∆G0f, кДж/моль
Br2(г)	30,92	245,35	3,14
CO(г)	-110,5	197,54	-137,14
CO2(г)	-393,51	213,68	-394,38
COCl2(г)	-219,5	283,6	-205,3
CCl4(г)	-106,7	309,7	-63,95
CHCl3(г)	-101,25	295,64	-68,52
CH4(г)	-74,85	186,19	-50,79
С2Н2(г)	226,75	200,8	209,2
С2Н4(г)	52,28	219,4	68,11
С2Н6(г)	-84,68	229,5	-32,89
С3Н6(г)	20,42	226,9	62,7
С3Н8(г)	-104,0	269,9	-23,49
СН3ОН(г)	-201,2	239,7	-161,9
С2Н5ОН(г)	-235,3	278,0	-167,4
Cl2(г)	0,00	222,96	0,00
F2(г)	0,00	202,9	0,00
H2(г)	0,00	130,58	0,00
HBr(г)	-35,98	198,5	-53,5
HCl(г)	-92,3	186,69	-95.27
HF(г)	-268,61	173,51	-270,7
HI(г)	25,94	206,3	1,3
H2O(г)	-241,82	188,7	-228,61
I2(г)	62,24	260,58	19,4
N2(г)	0,00	191,5	0,00
NH3(г)	-46,19	192,5	-16,66
NO(г)	90,37	210,62	86,71
NO2 (г)	33,5	240,45	51,8
N2O4 (г)	9,66	304,3	98,28
O2(г)	0,00	205,04	0,00
PCl3(г)	-306,5	311,7	286,3
PCl5(г)	-592,0	324,6	-545,2
SO2 (г)	-296,9	248,1	-300,4
SO3 (г)	-395,2	256,23	-370,4
SO2Cl2 (г)	-363,17	311,29	-318,85

ПРИЛОЖЕНИЕ 1