Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.

Самостоятельная работа №2.

Хим термодинамика

Для выполнения самостоятельной работы по данной теме следует за ранее изучить надлежащие главы [1] (главы 5 и 6), теоретический лекционный материал и примеры решения задач и упражнений в [3], [6], [9].

Самостоятельная работа №1 содержит три задания. Основными справочными материалами к этой теме являются справочники по физико-химическим свойствам веществ [5]. Нужные справочные материалы по большинству веществ Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. содержатся в соответственных таблицах в приложениях в конце учебника [1], [2], [4].

Задание 1.

Главные познания и умения: общие понятия об энтальпии, энтропии, энергии Гиббса, умение рассчитывать термический эффект хим реакции и энтропию с внедрением следствия из закона Гесса, проводить расчеты энергии Гиббса по табличным данным и формулам, определять возможность Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. самопроизвольного протекания процесса на основании значений Энергии Гиббса, проводить расчеты обозначенных величин как при стандартном состоянии веществ, так и при всех хороших от стандартных.

1.1. Вычислите термический эффект реакции SO2г + Cl2г®SO2Cl2г при Т=298 К, стандартных состояниях веществ и при: а) p=const, б) при V=const.

Решение:

Согласно Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. принятой термодинамической системе символов, термический эффект реакции отождествляется с конфигурацией энтальпии либо внутренней энергии системы. Теплота, поглощенная системой, считается положительной и соответствует положительному термическому эффекту и положительному изменению энтальпии, а теплота, отданная системой в окружающую среду, - отрицательной и соответствует термическому эффекту и энтальпии со знаком «минус». Термические эффекты Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. хим реакций подчиняются законам Гесса, а следствием этого закона будет то, что термический эффект процесса можно высчитать как разность суммарной энтальпии товаров реакции и суммарной энтальпии начальных веществ:

ΔrН0 = ∑νiΔfН0товаров – ∑νjΔfН0исх. в-в

Стандартные энтальпии образования табулированы при 298,15К(ΔfН0i298, кДж/моль). Следует держать Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. в голове, что стандартное состояние вещества отвечает нахождению газообразных веществ в виде безупречных газов с относительным парциальным давлением, равным 1, смесей – в виде безупречных смесей с концентрацией 1 моль/л.

Стандартную энтальпию образования вещества определяем по таблице «Термодинамические свойства неких веществ (при 298)», имеющейся в приложениях учебника, задачника, сборника лабораторных работ либо справочниках Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. по физико-химическим свойствам веществ.

Для термодинамических расчетов в данной работе следует выписать из таблицы все нужные термодинамические свойства веществ Вашей реакции:

Таблица 1. Термодинамические свойства веществ.

Вещество ΔfН0298, кДж/моль S0298, Дж/(моль∙K) ΔfG0298, кДж/моль C0298, Дж/(моль∙K) Область Т,К
SO2г -296,9 248,07 -300,21 39,87 298÷2000
Cl Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.2г 222,96 33,93 298÷3000
SO2Cl2г -363,17 311,29 -318,85 77,4 298÷1000

а)при p=const.

Qp = ∆rH0298 = DfH0298(SO2Cl2г) - DfH0298 (SO2г) - DfH0298 (Cl2г) = -363,17-(-296,9) = = -66,27кДж

∆rH0298= -66,27 кДж∆rH0298˂ 0 – реакция экзотермическая

б) при V=const.

Qv = Qp- ∆nRT, где ∆n - разница меж числом молей газообразных товаров и числом молей газообразных начальных веществ (разность стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции): ∆n = 2-1 = 1моль

Qv Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. = -66,27- 1∙8,31∙298 = -2542,65кДж

1.2. Обусловьте количество теплоты, которое выделяется (поглощается) при содействии вещества SO2 объемом 100м3.

Решение:

Рассчитаем количество вещества SO2 в объеме 100м3(либо 100∙103л), зная, что один моль хоть какого газа при н.у. занимает объем 22,4 л

n = V(л)/VM(л/моль) = 100∙103/22,4 = 4464,2 моль

Используя расчетные данные задания 1.1, вычисляем:

Q Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. = n∙∆rH0298

Q = 4464,2∙(-66,27) = -295842,53 кДж

Выделяется ≈ 296 МДж теплоты.

Обусловьте область температур, в какой может быть самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.

Решение:

Направление хоть какого процесса определяется соотношением энтальпийного∆rHи энтропийногоТ∆rS причин реакции. Функцией состояния системы, учитывающей совместное воздействие этих причин является энергия ГиббсаDrG. Реакция протекает самопроизвольно при Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. стандартных состояниях компонент, если:


∆rG0Т = [∆rH0298+ ∆rС0pdT + Т∆rS0298 + Т (∆rС0p/ T)dT ]< 0

Для расчетов, не требующих высочайшей точности, можно в первом приближении принять ∆rС0p=0 и ∆rH0Т=DrH0298 и ∆rS0Т=DrS0298не зависят от температуры. Рассчитаем температуру, при которой DrG0T Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.=0:

DrG0T = DrH0298 – T∙DrS0298=0

T =DrH0298/DrS0298

Значение энтальпии реакции рассчитано в задании 1.1. Рассчитаем энтропию∆rSкак разность суммарной энтропии товаров реакции и суммарной энтропии начальных веществ:

ΔrS0 = ∑νiS0товаров – ∑νjS0исх. в-в

DrS0298 = S0298(SO2Cl2г) - S0298(SO2г) - S0298(Cl2г) = 311,3 - (248,07+ 222,96) =

= -159,73Дж/К

DrS0298=-159,73Дж/К

T=(-66,27)/(-159,73∙10-3)

T=415

Рассчитаем Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. энергию Гиббса при температуре 298Ккак разность меж суммарной энергией Гиббса товаров и суммарной энергией Гиббса начальных веществ, используя табличные данные (см.таблицу 1).

ΔrG0298 = ∑νiΔfG0298,i товаров– ∑νjΔfG 0298,jисх веществ

ΔrG0298 = -318,85 – (0 + (-300,21)) = -18,64 кДж

Покажем температурный интервал графически. Зная значение энергии Гиббса при температуре 298К и 415К, проведем на графике зависимости ΔrG0 от Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. Т прямую через две точки.


Как надо из приобретенных данных, разыскиваемой областью температур, в какой может быть самопроизвольное протекание данной реакции при стандартных состояниях, является интервал температур 298÷415. В этом интервале энергия Гиббса DrG0T ˂ 0

1.4. Высчитайте значения термодинамических черт DrH0, DrS0, DrG0 при температуре 800 К, считая DrC Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.0p = const. По приобретенным значениям придите к выводу и сравните со значениями при T=298 К.

Решение:

По условию задания DrC0p = const, другими словами конфигурацией суммарной стандартной теплоемкости системы в процессе реакции можно пренебречь, тогда для расчета энтальпии и энтропии имеем приближенные выражения зависимости от температуры в виде:

DrH0T Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.= DrH0298 + DrC0p∙(T-298)

DrS0T = DrS0298+ DrC0p∙ln(T/298)

Суммарную стандартную теплоемкость системы в итоге реакции рассчитаем как разность суммарной теплоемкости товаров реакции и суммарной теплоемкости начальных веществ:

DrC0p=∑niC0piпрод - ∑niC0piисход

Из таблицы 1:

DrC0p= 77,4-33,93-39,87 = 3,72 [Дж/К]

Подставим приобретенное значение в выражения для энтальпии и энтропии:

DrH Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.0800 =-66,27+3,72∙502 = 1801,17[кДж]

DrS0800 =-159,73 + 3,72∙0,986 = -156,06[Дж/K]

DrG0298 = DrH0298 – T∙DrS0298 = -66,27 – (-159,73∙10-3∙298) = -18,67[кДж]

DrG0800 = DrH0800 – T∙DrS0800 = 1801,17 – (800∙(-156,06∙10-3))= 1925,97[кДж]

DrG0298 = -18,67 [кДж] ˂ 0

DrG0800= 1925,97 [кДж] ˃ 0

На основании приобретенных данных можно прийти к выводу, что, если при температуре 298К может быть самопроизвольное протекания данной реакции в прямом направлении, то при температуре 800К энергия Гиббса больше нуля, другими Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. словами самопроизвольное протекание процесса в прямом направлении нереально. Это подтверждается также плодами расчетов задания 1.3.

1.5. Как поменяется протекание процесса при температуре Т=800 К, если исходные парциальные давления газообразных веществ левой части уравнения будут по 4,8∙103Па, а правой части – по 3∙103Па.

Решение:

Если исходные парциальные давления газообразных веществ не равны Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. единице, тогда энергию Гиббса будем рассчитывать по уравнению изотермы Вант Гоффа, которое для данной реакции SO2г + Cl2г®SO2Cl2гимеет вид:

DrG800 = DrG0800+RTln( (SO2Cl2)/ (SO2)∙ (Cl2)

Тут под знаком ln - отношение произведения относительных парциальных давлений товаров реакции на произведение относительных парциальных давлений начальных веществ Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.: = . Стехиометрические коэффициенты в данном уравнении равны 1.

DrG800 = 1925,95+8,31∙800∙ln( )= 1947,28 кДж

Направление протекания процесса не поменяется, т.е. при данных критериях также нереально самопроизвольное протекание процесса в прямом направлении, потому что DrG800˃ 0.

Задание 2.

В этом задании предлагаются различные задачки для различных вариантов, к примеру, для вариантов 1-15 нужно найти термодинамические функции для образования Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. вещества, не используя табличные данные.

По данным термохимическим уравнениям высчитайте при Т = 298 К стандартные энтальпию, энтропию и энергию Гиббса образования вещества А.

Таблица 2. Начальные данные варианта.

Уравнения DrH0298, кДж DrS0298, Дж/К DrG0298, кДж Вещество А
а)Zrт +ZrCl4г = 2ZrCl2г +215 +208 +153 ZrCl2
б) Zrт +2Cl2г = ZrCl Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.4г -867 -116 -832

Решение:

Задание основано на том, что с уравнениями хим реакций можно создавать любые математические деяния. Те же самые операции создают и со значениями термодинамических функций.

1) Сложим левую и правую части уравнений (а) и (б):

Zrт +ZrCl4г+ Zrт + 2Cl2г = 2ZrCl2г +ZrCl4г

2) Сократим на однообразные слагаемые:

2Zrт + ZrCl Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.4г + 2Cl2г = 2ZrCl2г + ZrCl4г

3) Разделим левую и праву части на 2:

Zrт +Cl2г= ZrCl2г

Рассчитаем энтальпию образования ZrCl2:

[(а) + (б)]:2=(215-867):2= -326

Рассчитаем энтропию образования ZrCl2:

[(а) + (б)]:2=(208-116):2= 46

Рассчитаем энергию Гиббса образования ZrCl2:

[(а) + (б)]:2=(153-832):2= -226

DfH0298(ZrCl2г)=-326 кДж/моль

S0298(ZrCl2г)= 46Дж/моль∙К

DfG0298(ZrCl2г)=-226 кДж Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ./моль

Задание 3.

Задание 3 содержит материал по теме «Химическое равновесие». В таблице 3 приведены начальные данные 1-го из вариантов для выполнения всех пт задания 3.

Таблица 3

№№ Реакция Т Кр Т1, Т2
С2Н2+ Н2↔ С2Н4 600, 1000, 1500 1,19·109 5·102 3,09·10-1 800, 1400

3.1. Исходя из приведенных в табл.3 значений констант равновесия Кр при различных температурах, обсудите вопрос о выходе товаров в процессе Вашей Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. реакции с ростом (уменьшением) температуры. Напишите выражение константы равновесия Вашей реакции, считая, что все вещества находятся в газовой фазе.

Решение:

Данное задание не просит каких или математических расчетов. Сравним и проанализируем данные по температурам и значениям констант равновесия: с повышением температуры константа равновесия миниатюризируется, как следует, равновесие реакции Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. двигается на право в сторону начальных веществ и выход товаров миниатюризируется. Согласно принципу ЛеШательереакция дегидрирования ацетилена является экзотермической реакцией.

Выражение для константы равновесия:

КР =

3.2. Используя значения Кр при различных температурах, обусловьте термодинамические свойства реакции (∆rH0Т, ∆rS0Т ∆rG0Т). Какие допущения Вы сделали? Значения температуры изберите сами.

Решение:

Определим Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. термодинамические свойства данной реакции при 298К, используя значения Кр при температурах 1000К и 1500К. Для расчета воспользуемся выражениями для энергии Гиббса:

DrG0T = DrH0298 – T∙DrS0298 и DrG0T = -RTln(Кp);

Допустим, что DrH0 и DrS0 не зависят от температуры. Составим систему из 2-ух уравнений с 2-мя неведомыми (Т Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.1=1000; Т2=1500):

DrG0T1 = DrH0298 – T1∙DrS0298 = -RT1ln(Кp1);

DrG0T2 = DrH0298 – T2∙DrS0298 = -RT2ln(Кp2);

Для упрощения записи обозначим DrH0298=х, а DrS0298=у, тогда

(1) х – 1000у = -8,31∙1000 ln500,

(2) х – 1500у = -8,31∙1500 ln0,309,

Вычтем из уравнения (2) уравнение (1) и определим у:

500у= -8,31∙1000∙ln500+8,31∙1500∙ln0,309

у=

Определим значение х:

х = -8,31∙1000∙ln500 - 1000∙132,56 = -184,2 [кДж Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.]

х = DrH0298= -184,2 кДж

у = DrS0298= -132,56 Дж/К

DrG0298 = DrH0298 – 298∙DrS0298= -184,2 + 39502,88∙10-3 = -144,7 к Дж

DrH0298=-184,2кДж

DrS0298= -132,56Дж/К

DrG0298 = -144,7 кДж

3.3. Высчитайте значения Кр и Кс при температурах Т1 и Т2 и проанализируйте приобретенные значения.

Решение:

Константы равновесия Кc и Кp связаны меж собой соотношением:

Кc=Кp/(RT)Δν,

где Δν разность меж суммой стехиометрических коэффициентов товаров реакции Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ. и суммой стехиометрических коэффициентов начальных веществ.

Константу Кр для одной из температур можно высчитать 2-мя методами, к примеру, для Т=800К, из выражения:

DrGT = -RTln(Кp) откуда Кp=exp(DrG0T /(-RT))

Пренебрегая зависимостью энтальпии и энтропии от температуры, энергию Гиббса при Т=800К, можно выразить:

DrG Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартных состояниях всех веществ.0800 = DrH0298 – 800∙DrS0298

Зависимость константы равновесия от температуры можно выразить уравнением изобары Вант Гоффа:

тут Т1=1000, = Кр1000; Т2=800, = Кр800; DrH0=DrH0298

Кр800 =1,27∙105

Кр1400 = 0,89

с ростом температуры Кpуменьшается.

Рассчитаем Кс: Кc=Кp/(RT)Δν

Для данной реакции Δν= 1-2= -1, как следует


opredeleniya-socionomii-i-sociometrii.html
opredeleniya-suda-pervoj-instancii-referat.html
opredeleniya-terminov-sokrasheniya-oboznacheniya.html