Определяем тепловой эффект для температур 298К и 600К

Ая часть курсовой работы

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

по дисциплине "Физика и естествознание. Часть 2"

 

Термодинамический анализ физико-химической системы

Вариант 13

 

Студент гр. Э-01:

Шарифулина В. В.

Преподаватель :

к.т.н., доц. Снежко А. А.

Красноярск 2013

Краткие теоретические сведения

Закон Гессадля стандартных условий (температура 298 К и давление 101325 Па):

(1)

Для расчетов теплового эффекта реакции при любой температуре ( ) применяют интегральную форму закона Кирхгофа:

(2)

Где - разность сумм теплоемкостей конечных и начальных веществ с их стехиометрическими коэффициентами:

(3)

кон. нач.

Для проведения точных расчетов надо учитывать зависимости теплоемкости веществ от температуры, например:

(4)

Где – коэффициенты, имеющие определенное численное значение для каждого вещества. В результате осуществления реакции изменение теплоемкости системы:

(5)

А уравнение закона Кирхгофа приобретает вид:

(6)

Изменение энтропии системы, в которой протекает реакция, находя по следующей формуле (для стандартных условий):

(7)

кон. нач.

 

При температуре, отличающейся от стандартной, изменение энтропии рассчитывают по уравнению:

(8)

При любой температуре и стандартных давлениях газообразных веществ изменение энергии Гиббса реакции рассчитывают с учетом температурных зависимостей теплового эффекта и энтропии по уравнению Гиббса-Гельмгольца:

(9)

А для равновесной температуры находят изменение энергии Гиббса по уравнению:

(10)

Константу равновесия для данной температуры вычисляют по величине изменения энергии Гиббса, используя следующее уравнение термодинамики:

(11)

 

Исходные данные

Таблица 1. Химические реакции для термодинамических расчетов

Номер задания	Уравнение реакции	T, К
	ZnO + CO = Zn +CO2

Таблица 2. Термодинамические свойства веществ

№ п/п	Вещество	, Дж/моль	, Дж/моль·К
	β	γ
	ZnO		43,5	48.99	5,1·10-3	-912000
	CO		197.4	28.41	4.1·10-3	-46000
	Zn		41,59	22,38	10,04·10-3
	CO2		213.6	44.14	9.04·10-3	-853000

 

Расчетная часть

 

Определяем тепловой эффект для температур 298К и 600К.

 

По уравнению (1) находим:

 

(∆H⁰_zn + ∆H⁰_CO2 ) – (∆H⁰_ZnO+∆H⁰_CO)

 

Подставим справочные данные о теплотах образования из таблицы 2:

 

0-393500-(-349000-110500) =66000Дж/моль

 

Вывод: так как полученный тепловой эффект – положительная величина, то в результате протекания этой реакции в прямом направлении поглощается теплота.

Выпишем уравнения температурной зависимости теплоемкости реагентов (используя таблицу 2):

 

С_Р(ZnO)=48,99+5,1· T-9,12·

 

C_P(CO)=28,41+4,1· T-0,46·

 

C_P(Zn)=22,38+10,04· T

 

C_P(CO2)=44,14+9,04· T-8,53·

 

Определим изменение теплоемкости системы по уравнению (3):

 

∆C_P=C_P(Zn)+C_P(CO2)-C_P(CO)-С_Р(ZnO)=(22,38+44,14-48,99-28,41)+(10,04+9,04-4,1-5,1)· T +(-8,53+0,46+9,12)· = -10,88+9,88 T +1,05· , Дж/K

 

Тепловой эффект реакции при 600К определим, интегрируя уравнение (6) с подстановкой рассчитанной зависимости для :

 

 

=66000+(-6528+3242,24)+(1778,4-438,692)+ +(-175+352,35) = 64231,3 Дж/моль

 

Вывод: изменение энтальпии при 600 К относительно теплового эффекта при стандартных условиях имеет меньшее значение, следовательно при температуре 600 К протекание процесса в прямом направлении сопровождается выделением теплоты.