Расчетно-графическоезадание№1

По дисциплине «Физическая химия»

Раздел «Термодинамика»

вариант 1-21

'Выполнил

Студент гр. ________ (подпись) И.О. Фамилия

Проверила

Доц., канд. техн. наук (подпись) Э.В. Дюльдина

Магнитогорск

20____

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

В начале расчета необходимо переписать формулировку задания, вписывая вместо многоточия исходные данные, взятые в табл.1. После подстановки стехиометрических коэффициентов уравнение реакции примет вид:

СО_(Г) + Cl_{2 (Г)} = COCl_{2 (Г)}

_для удобства последующих расчетов составляем таблицу исходных данных, используя справочный материал.

Таблица 2

Исходные данные для термодинамического исследования реакции:

СО_(Г) + Cl_{2 (Г)} = COCl_{2 (Г)}

№ п/п	вещество	, кДж/моль	, Дж/моль К	Коэффициенты в уравнении ср=f(T) Дж/мольК
				a	b10 3	c/10-5
1	СО(Г)	-110,53	197,55	28,41	4,10	-0,46
2	Cl2 (Г)	0	222,98	37,03	0,67	-2,85
3	COCl2 (Г)	-219,50	283,64	67,15	12,03	-9,04

1. Составить уравнение зависимости от температуры величины теплового эффекта и изменения энтропии.

3ависимость теплового эффекта реакции от температуры определяется законом Кирхгофа (1):

Рассчитаем по уравнению(2):

.

∆=-219,50-(-110,53+0)= - 108,97 кДж = - 108970 Дж

Рассчитаем ∆а:

∆а = 67,15 - (37,03 + 28,41) = 1,71 Дж/моль К

Рассчитаем ∆b:

Дж/моль К

Рассчитаем ∆с^/:

Дж/моль К

Рассчитаем ∆с_р :

∆с_р=1,71+7,26 ∙10 ^-3Т – 5,73∙10⁵ Т ^-2

Найдем тепловой эффект реакции по уравнению (1):

Уравнение зависимости от температуры величины теплового эффекта:

Составим теперь уравнение зависимости от температуры изменения энтропии.

Изменение энтропии системы в результате протекания процесса определяется по уравнению (7):

,

Рассчитаем по уравнению (8):

Значения для соответствующих веществ приведены втаблице 2, после их подстановки получим:

= 283,64 - (222,98 + 197,55) = - 136,89 Дж/К

Найдем изменение энтропии системы по уравнению (7):

Уравнение зависимости от температуры изменения энтропии:

2. Вычисление величин , ,и 1пКр при различных температурах и построение графиков в координатах: -т; - т; -т и lпКр-1/т

Определение теплового эффекта реакции при различных температурах

Дж

Рассчитаем по аналогии тепловой эффект реакции для других температур заданного интервала (300-750 К) и данные занесем в таблицу 3.

Таблица 3

Величина при различных температурах для реакции

СО_(Г) + Cl_{2 (Г)} = COCl_{2 (Г)}

Т, К	300	350	400	450	500
-, Дж	108975	109045	109028	108947	108817
Т, К	550	600	650	700	750
, Дж	-108645	-108437	-108198	-107931	-107637

По данным таблицы 3 построим график = f (T) (рис. 1)

Рис.1 Зависимость теплового эффекта реакции СО_(Г) + Cl_{2 (Г)} = COCl_{2 (Г)} от температуры.

Определение изменения энтропии при различных температурах

Дж/К

Рассчитаем по аналогии изменение энтропии для других температур заданного интервала (300-750 К) и данные занесем в таблицу 4.

Таблица 4

Значения изменения энтропии при различных температурах

Т, К	300	350	400	450	500
-, Дж/К	136,91	137,13	137,08	136,89	136,62
Т, К	550	600	650	700	750
, Дж/К	-136,29	-135,93	-135,55	-135,15	-134,75

По данным таблицы 4 построим график = f (T) (рис. 2)

Рис. 2 Зависимость изменения энтропии от температуры для реакции СО_(Г) + Cl_{2 (Г)} = COCl_{2 (Г)}

Расчет изменения стандартной энергии Гиббса

При расчете изменения стандартной энергии Гиббса для реакции воспользуемся уравнением Гиббса- Гельмгольца (9):

.

Дж

Рассчитаем по аналогии изменение стандартной энергии Гиббса для других температур заданного интервала (300-750 К) и данные занесем в табл. 5.

Таблица 5

Значения изменения энтропии при различных температурах

Т, К	300	350	400	450	500
-, Дж	67903	61051	5495	47345	40507
Т, К	550	600	650	700	750
-, Дж	33684	26878	20091	13324	6576

По данным таблицы 4 построим график = f (T) (рис. 3)

Расчет константы равновесия

Константа равновесия связана с изменением стандартной энергии Гиббса соотношением (10):

Рассчитаем по аналогии К_р для других температур заданного интервала (300-750 К) и данные занесем в табл. 6.

Рис. 3 Зависимость изменения Стандартной энергии Гиббса от температуры для реакции СО_(Г) + Cl_{2 (Г)} = COCl_{2 (Г)}

Таблица 6

Значения изменения энтропии при различных температурах

Т, К	300	350	400	450	500
1/Т ∙ 103	3,33	2,86	2,50	2,22	2,00
ln Kp	27,24	20,99	16,30	12,66	9,75
Kp	6,75∙1011	1,31∙109	1,2∙107	3,15∙105	1,71∙104
Т, К	550	600	650	700	750
1/Т ∙ 103	1,82	1,67	1,54	1,43	1,33
ln Kp	7,37	5,39	3,72	2,29	1,05
Kp	1,59∙103	2,19∙102	4,13∙10	9,88	2,87

Реакции, для которых значения константы равновесия находятся в пределах от 10^-3 до 10³ (10^-3 <K_P< 10³ ) принято считать практически обратимыми. Уменьшение K_P с ростом температуры означает, что равновесие реакции сдвигается справа налево.

При 650 К реакция СО_(Г) + Cl_{2 (Г)} = COCl_{2 (Г)} обратимая.

По данным таблицы 4 построим график ln K_p = f (T) (рис. 4)

Рис. 4 Зависимость ln K_p от обратной температуры для реакции

СО_(Г) + Cl_{2 (Г)} = COCl_{2 (Г)}

3. Выведение приближенного уравнения вида ln K_p=A/T+B, где А,В –постоянные

Пользуясь графиком ln K_p – 1/T, найдем коэффициент А. После подстановки выражения (9) в уравнение (10) получим:

(20)

Можно полагать, что в сравнительно небольшом интервале температур тепловой эффект реакции и изменение энтропии практически постоянные величины (это подтверждают и результаты табл. 3 и 4). Отсюда уравнение можно записать в виде:

, (21)

где А и В - постоянные, которые соответственно равны:

(22)

(23)

Уравнение (21) отвечает линейной зависимости. Определим коэффициенты А и В графически.

Точки на графике практически ложатся на прямую, тангенс угла которой коси абсцисс численно равен коэффициенту А в уравнении (21). Для нахождения величины тангенса возьмем на прямой произвольно две точки "а" и "b" (рис. 4) и определим численные значения их ординат и абсцисс. Можно записать:

Для определения численного значения В из табл. 6 возьмем значение ln K_p при 350 К (53,99).

Итак, приближенное уравнение зависимости константы равновесия от температуры имеет вид:

(24)

Последнее уравнение позволяет рассчитать значение К_р при любой температуре, если последняя находится в заданном интервале (то есть в пределах 300-750 К) или незначительно выходит за этот интервал.

По значениям коэффициента А и В рассчитаем величину среднего теплового эффекта реакции и изменения энтропии.

Согласно уравнениям (22) и (23) имеем:

= - A ∙ R = - 13053 ∙ 8,31 = - 108470 Дж.

=В ∙R= -16,3∙8,31= - 135,45 Дж/К.

Полученные данные неплохо согласуются с данными, приведенными в табл. 3 и 4, а это значит, что расчет проведен правильно.