Курсовая химия

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет «Экономика и предпринимательство»

Кафедра «Физической химии»

Курсовая работа по курсу теоретические основы прогрессивных технологий

3 вариант

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине «ТОПТ»

Фазовые равновесия в однокомпонентных системах

ЮУрГУ–0805026521.2010.638.ПЗ КР

Руководитель, доцент

___________ В.М. Жихарев

__________________ 2011 г.

Автор работы

Студент группы ЭиП-125

_______ Колесниченко К.С.

__________________ 2011 г.

Работа защищена

с оценкой (прописью, цифрой)

________________________

__________________ 2011 г.

Челябинск 2011

Исходные данные к курсовой работе.

В таблице приведены:

- экспериментальные данные по упругости паров над некоторым чистым твердым (А_тв) и жидким (А_ж) веществом при разных температурах;

- плотности твердого и жидкого веществ d_тв и d_ж , г/см³ (в расчетах их следует считать независящими в исследованном температурном интервале);

- давление Р, Па;

- молярная масса М, г/моль, вещества А.

Задания:

1. Построить графики зависимостей lnp от и рассчитать величины постоянных коэффициентов в интегральных уравнениях Клаузиуса – Клапейрона для фазовых равновесий

А_ж=А_газ, А_тв=А_газ.

2. Вычислить теплоты испарения, возгонки и плавления вещества, считая их постоянными в исследованном интервале температур.

3. С помощью полученных аналитических зависимостей р=f(T), рассчитать точные координаты тройной точки, характеризующей трехфазное равновесие А_тв=А_ж =А_газ

4. Построить диаграмму фазовых равновесий в координатах Р-Т, проведя линии по расчетным значениям Р и Т и нанеся на график экспериментальные точки и линию двухфазного равновесия А_тв=А_ж.

5. Определить количественно влияние внешнего давления на температуру плавления вещества, определив величину .

6. Рассчитать нормальные температуры плавления и кипения вещества и температуры плавления вещества А при давлении Р.

7. Результаты расчетов представить в сводной таблице, сделать выводы по курсовой работе.

АННОТАЦИЯ

Колесниченко К.С.

Челябинск: ЮУрГУ

9 с., 2 таблицы

Курсовая работа по дисциплине «ТОПТ» представляет собой решения задач и построение графиков по важнейшим разделам курса и нацелена на выявление способности студентов, применить усвоенные ими знания.

Курсовая работа включает 7 заданий, выполнение которых требуют знания теории вопросов и понимания логической взаимосвязи между основными проблемами курса.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Решение………………………………………………………………….5

Библиографический список…………………………………………….9

1. Согласно уравнению Клаузиуса - Клапейрона для равновесия А_тв = А_газ и А_{ж =} А_газ имеем в предположении постоянства теплот сублимации и испарения.

lnp_(ж) = + const = + B; (1)

lnp_(тв) = + const = + B; (2)

Результаты вычислений, необходимых для построения графиков зависимостей lnp от , представлены в таблице. Тот факт. Что на рис 1.2. зависимости lnp от хорошо аппроксимируются прямыми линиями ab и cd, свидетельствует о допустимости предположения Н_субл = const и Н_исп = const. Определяем постоянные А и A’ (угловые коэффициенты прямых), используя координаты точек a, b, c, d.

А’ = = = = - 1090,1 (3)

А = = = = - 622,2 (4)

Рис.1.1 графическое определение постоянных уравнения Клаузиуса – Клапейрона: линия od - равновесие А_{ж =} А_газ ; oa – равновесие А_тв = А_газ

Таблица №1

Равновесие А_тв = А_газ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ					РАСЧЕТ
Т, К	Р (тв), Па	х =	у=lnр	Т, К		Р (тв), Па
55,0	1333	18,2	7,2	54		823,0
58,0	3999	17,2	8,3	56		1692,4
59,2	11997	16,9	9,4	59		4553,9
63,0	14663	15,9	5,6	62		11133,8
64,0	17329	15,6	9,8	65		25065,1

Таблица №2

Равновесие А_{ж =} А_газ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ					РАСЧЕТ
Т, К	Р (ж), Па	х =	у=lnр	Т, К		Р (ж), Па
60,0	12663	16,7	9,5	61		10938,0
64,0	17329	15,6	9,8	62		12893,9
66,0	22394	15,2	10,1	65		20490,0
67,8	27993	14,8	10,2	67		27267,0
69,0	31992	14,5	10,4	68		31257,0
71,0	39990	14,1	10,6	70		40596,2

Постоянные интегрирования можно определить, подставляя в линейное уравнение при известных A или А’ координату любой точки прямой ab или cd.

B’ = у_а – A’ х_а = 6,8 – (-1090,1)18,4 = 26,9 (5)

B = у_с – A х_с = 7,9 – (- 622,2) 18,6 = 19,5 (6)

Таким образом, в исследованном интервале температур зависимостей упругости пара над твердым и жидким веществом описываются уравнениями (Па):

lnp_(тв) = + 26,9 или p_(тв) = (7)

lnp_(ж) = + 19,5 или p_(ж) = (8)

Теплоту возгонки (сублимации) и испарения определяем по величинам А и А’.

H_субл = - RА’ = 8,314(-1090,1) = 9063 (9)

H_исп = - RА = 8,314(-622,2) = 5173 (10)

Теплоту плавления вещества вычисляем используя закон Гесса:

H_субл =H_плав +H_исп (11)

H_плав = H_субл - +H_исп = 9063- 5173= 3890

Рис.1.2. Диаграмма фазовых равновесий (р – Т- диаграмма) чистого вещества А;

Линия ОА – двухфазное равновесие А_тв = А_газ, уравнение (7),

Линия ОК - двухфазное равновесие А_{ж =} А_газ, уравнение (8),

Линия ОВ - двухфазное равновесие А_{ж =} А_тв

Точка О характеризует параметры трехфазного равновесия А_тв = А_ж = А_газ

3, 4. В таблицах представлены результаты расчетов р_тв = f(Т) по уравнениям (7) и (8). А на рис.1.2 результаты этих расчетов представлены кривыми ОА и ОК вместе с результатами экспериментальных исследований.

Точные координаты тройной точки (точки пересечения прямых на рис 1.1 и кривых упругостей паров на рис1.2 ) можно определить, приравняв первые части уравнений (12) и (13)

lnp_(тв) = lnp_(ж)

+ 26,9 = + 19,5

Отсюда температура трехфазного равновесия:

+ = -26,9 + 19,5

= 7,4

Т₀ = 63,2 К

Давление паров трехфазного равновесия А_тв = А_ж = А_газ. вычисляем, подставив Т₀ = 81,993 в уравнение (12) и (13)

р₀ ==15599,8 Па

5. Оценить влияние внешнего давления на температуру плавления вещества можно по знаку и величине производной

Найти ее можно с помощью уравнения

= , в котором V_пл = V_ж - V_тв = ,

где М – молекулярная масса исследуемого вещества,

d_тв , d_ж - плотности твердого и жидкого вещества,

В данном расчете можно воспользоваться найденной ранее температурой трехфазного равновесия Т₀ = 63,2 К представляющей одновременно температурой плавления вещества при давлении р₀ = 15599,8 Па

Тогда V_пл = V_ж - V_тв = = = (34,65 – 6,95) = 27,7 м³/моль

Тогда = = = К/Па

Т.к. >0, то следует сделать вывод, что с ростом давления температура плавления должна возрастать.

6. Нормальную (при Р_вн = 1 атм = 1,013) температуру кипения рассчитываем по формуле (13) с учетом того. Что всякая жидкость закипает тогда, когда упругость ее паров равна внешнему давлению Р_ж = Р_вн

ln1,013 = - + 19,5

Отсюда получаем

= = = 78,07 К

Линия двухфазного равновесия на рис.1.1 будет практически вертикальной прямой ОВ, исходящей из тройной точки. Поэтому можно принять приближенно, что =

Тогда при расчете нормальной температуры плавления вещества (при Р_вн = 1 атм = 1,013)

= = = К/Па

Отсюда нормальная температура плавления Т₀ = 63,2 то есть увеличение внешнего давления до 1 атм приводит к уменьшению температуры на 0,02 градуса.

7. Температура плавления вещества при давлении 100 атм вычисляется аналогично расчету нормальной температуры плавления вещества.

= = = 67,71 К/Па

Отсюда температура плавления вещества при давлении 100 амт T_p = 67,71, то есть увеличение внешнего давления до 100 атм приводит к увеличению температуры на 4,5 градуса.

9