Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Термодинамический анализ выхода реакции от давления и температуры

Московский Государственный Институт

Стали и Сплавов

(технологический университет)

Кафедра Физической Химии

Домашнее задание № 1

Химическая термодинамика

Вариант № 54

 

 

Студент: Горечкина Анастасия

Группа: М2-11-3

Преподаватель:Апыхтина И.В.

Исходные данные:

Реакция: СS2 =C(s)+S2

 

Т1 = 1000 К

Т2 = 2000 К

Т3 = 1900 К

Р = 0,5 атм.

 

 

1. Расчет ΔН0298, ΔS0298, ΔCp (Δa, Δb, Δc) химической реакции по таблицам стандартных термодинамических величин

 

Рассчитаем тепловой эффект реакции в стандартных условиях.

По закону Гесса он равен разности между суммой стандартных теплот образования продуктов реакции и суммой стандартных теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Для данной реакции:

ΔН0298 = ΔН0298(S2)-ΔН0298(CS2)

ΔН0298 = 128600-11630= 11900Дж

 

Рассчитаем изменение теплоемкости реакции при стандартных условиях.

Для этого найдем коэффициенты Δа, Δb, Δc для данной реакции:

Δа = а(S2)+а(C(s))- а(CS2)

Δа = 36.11+16.86-52.09= 0.88

 

Δb = b(S2)+b(C(s))- b(CS2)

Δb = 1.09+4.77-6.69 =-0.83*103

 

Δc = c(S2)+c(C(s))- c(CS2)

Δc = -3.51-8.54+7.53 =-4.52*105

 

ΔСр реакции рассчитывается в соответствии с уравнением:

ΔСр = Δа+Δb∙Т+Δс∙Т-2

ΔСр298 = 0.88-0.83*10-3T-4.52*105*T-2 = -4,457 Дж/К

 

Рассчитаем изменение энтропии и ∆G0298 при стандартных условиях.

Изменение энтропии при стандартных условиях равно разности между суммой энтропий продуктов и суммой энтропий исходных веществ при стандартных условиях с учетом стехиометрических коэффициентов.

Для данной реакции:

ΔS0298 = S0298(S2)+S0298(C(s))-S0298(CS2)

ΔS0298 = 228.06+5.74-237.77 =-3.97 Дж/моль*К

∆G0298=13083 Дж

2. Результаты приближенного расчета ΔН0Т, ΔS0T, ΔG0T и lnKр в интервале температур Т1÷Т2 при следующих приближениях:

 

а) ΔСр = 0

1) ΔН0Т = ΔН0298 + ΔСрdT = ΔН0298 +ΔСр∙dT = ΔН0298

2) ΔS0T = ΔS0298 + ΔСр/T dT = ΔS0298 + ΔСр dT/T = ΔS0298

3) ΔG0T = ΔН0T – T∙ ΔS0T

4) lnKp = - ΔG0T/RT

T,K ∆H˚T,Дж ∆S˚T, Дж/моль*К ∆G˚T, Дж ln Kp
    -3,97   -1,9097
    -3,97   -1,7796
    -3,97   -1,6711
    -3,97   -1,5793
    -3,97   -1,5006
    -3,97   -1,4324
    -3,97   -1,3727
    -3,97   -1,3201
    -3,97   -1,2733
    -3,97   -1,2314
    -3,97   -1,1937
         
         

 

б) ΔСр = ΔСр298=const

1) ΔН0Т = ΔН0298 + ΔСрdT = ΔН0298 + ΔСр298∙(Т-298)

2) ΔS0T = ΔS0298+ ΔСр/T dT= ΔS0298 + ΔСр· ln(T/298)

3) ΔG0T = ΔН0T – T∙ ΔS0T

4) lnKp = - ΔG0T/RT

T,K ∆H˚Т,Дж ∆S˚Т, Дж/моль*К ∆G˚Т, Дж ln Kp ∆Сp, Дж/К
  8771,2 -9,37 18137,10561 -2,1826 -4,4572
  8325,5 -9,79 19095,27479 -2,089 -4,4572
  7879,8 -10,18 20094,01815 -2,015 -4,4572
  7434,1 -10,54 21129,94628 -1,9559 -4,4572
  6988,4 -10,87 22200,19291 -1,9082 -4,4572
  6542,7 -11,17 23302,30239 -1,8694 -4,4572
    -11,46 24434,14726 -1,8377 -4,4572
  5651,3 -11,73 25593,86653 -1,8117 -4,4572
  5205,6 -11,99 26779,81859 -1,7903 -4,4572
  4759,9 -12,27 27990,54452 -1,7728 -4,4572
  4314,1 -12,46 29654,91401 -1,7843 -4,4572

 

в) ΔСр = ΔСр([298+T2]/2)=const

1) ΔН0Т= ΔН0298 + ΔСрdT= ΔН0298 +ΔСр∙ dT= ΔН0298 + ΔСр∙(Т-298)

2) ΔS0T= ΔS0298 + ΔСр/T dT= ΔS0298 + ΔСр· ln(T/298)

3) ΔG0T = ΔН0T – T∙ ΔS0T

4) lnKp = - ΔG0T/RT

Т, К ∆Н0Т , Дж ∆S0Т, Дж/моль*К ∆G0Т, Дж Ln Kp ∆C0p, Дж/К
  11607,968 -4,474   -1,935 -0,416
  11566.368 -4,513   -1,808 -0,416
  11524.768 -4,549   -1,703 -0,416
  11483.168 -4,583   -1,615 -0,416
  11441.568 -4,614   -1,539 -0,416
  11399.968 -4,642   -1,473 -0,416
  11358.368 -4,669   -1,416 -0,416
  11316.768 -4.694   -1,366 -0,416
  11275.168 -4,718   -1,322 -0,416
  11233.568 -4,741   -1,282 -0,416
  11191.968 -4,762   -1,246 -0,416

3. Результаты точного расчета функций ΔН0Т, ΔS0T, ΔG0T, lnKp в интервале температур Т1÷Т2:

 

1) ΔН0Т = ΔН0298 +ΔСрdT, где ΔСр = Δа + Δb∙T + Δc∙T-2

ΔН0Т = ΔН0298 + Δa∙(T-298) + Δb∙(T2-2982)/2 – Δc(1/T-1/298)

2) ΔS0T = ΔS0298 + ΔСр/T dT, где ΔСр = Δа + Δb∙T + Δc∙T-2

ΔS0T= ΔS0298 + Δa∙ln(T/298) + Δb∙(T-298)/2 – Δc(1/T2-1/2982)

3) ΔG0T = ΔН0T – T∙ ΔS0T

4) lnKp = - ΔG0T/RT

T,К ∆Н0Т, Дж ∆S0Т, Дж/моль*К ∆G0Т, Дж Ln Kp ∆C0p, Дж/К Кр
    -5,806   -2,0304 -0,402 0,131
    -5,845   -1,9097 -0,407 0,148
    -5,881   -1,8092 -0,430 0,164
    -5,917   -1,7246 -0,466 0,178
    -5,953   -1,6524 -0,513 0,192
    -5,990   -1,5901 0,566 0,204
    -6,028   -1,5359 -0,625 0,215
    -6,068   -1,4883 -0,687 0,226
    -6,109   -1,4463 -0,754 0,235
    -6,152   -1,4091 -0,822 0,244
    -6,196   -1,3758 -0,893 0,253

 

4. Графики температурной зависимости термодинамических функций ΔСр, ΔН0Т, ΔS0T, ΔG0T, lnKp для всех вариантов расчета

График зависимости ΔН0Т от Т

График зависимости Ln Kp от Т

 

 

 

 

График зависимости ∆ Ср от Т

 

 

График зависимости ∆ т от Т

 

 

График зависимости ∆ т от Т

5. Результаты расчета равновесных составов: числа молей, мольные доли и массовые проценты, при заданных Т3 и Р для случаев, когда реагируют стехиометрические смеси

а) исходных веществ;

Б) всех веществ.

а) CS2 = C(s) +S2

 

Исходные 1 0 0

числа молей

 

Равновесные 1-z z z ∑ = 1+z

числа молей

 

1. Запишем выражение для Кр реакции:

 

Кр = РS2/PCS2 = XS2 /XCS2

 

2. Допустим, что к моменту равновесия прореагировало z молей СО2. Запишем выражения для равновесных мольных долей:

Xcs2 = 1-z/1+z

Xs2 = z/1+z

Xc(s) = z/1+z

3. Запишем Кр как функцию от z.

 

Кр = z/(1-z)

 

4. Подставим значения Кр и Р

Кр = 0.244

Р = 0.5 атм.

По расчетам: z = 0,1961≈0,2

5. Результат

Xcs2 = 1-z/1=0.8 CS2 = 80 % n(cs2 ) = 0.8 моля

Xs2 = z/1 =0.2 S2 = 20 % n(s2 )= 0.2 моля

 

Массовый процент:

 

Wcs2 =82,6% Ws2 = 17,4%

б) СS2 = C(S) + S2

 

Исходные 1 1 1

числа молей

 

Равновесные 1-z 1+z 1+z ∑ = 3+z

числа молей

 

1. Запишем выражение для Кр реакции:

 

Кр = РS2/PCS2 = XS2 /XCS2

 

2. Допустим, что к моменту равновесия прореагировало z молей СО2. Запишем выражения для равновесных мольных долей:

 

Xs2 = 1+z/3+z

Xcs2 = 1-z/3+z

Xc(s) = z+1/3+z

3. Запишем Кр как функцию от z.

 

Kp = (1+z)/ (1-z)

 

4. Подставим значения Кр и Р

 

Кр = 0.244

Р = 0.5 атм.

 

По расчетам: z = -0.61

 

5. Результат

 

Xs2 = 1+z/2 =0.195 S2 – 19.5% ns2 = 1,61 моля

Xсs2 = 1-z/2 = 0.805 CS2 – 80.5% ncs2 = 0.39 моля

Массовый процент:

 

Ws2 = 17% Wcs2=83 %

 

6. Исследование вопроса о направлении реакции при температуре Т3 и Р, если в исходный момент взято по одному молю каждого исходного вещества и по два моля продукта реакции

CS2 =C(S) +S2

 

Исходные 1 2 ∑=3

числа молей

1/3 2/3

Кр = 0.244

Р = 0.5атм.

Т = 1900 К

Для того, чтобы определить, в каком направлении идет реакция, необходимо знать знак ΔG. Из уравнения изотермы Вант-Гоффа:

 

ΔG = ΔG0T + RT∙ln(Рs2/Pcs2) =

ΔG = 22259+8.31·1900ln2 = 33 203Дж > 0

Значит,реакция идет в обратном направлении

 

Термодинамический анализ выхода реакции от давления и температуры

А) График точных значений стандартных энтальпий реакции ∆Нº(Т) полностью лежит выше оси абцисс,т.е. ∆Нº(Т)>0,т.е. наша реакция эндотермическая.

(∂ln(Kp)/ ∂T)p = ∆HT/(R*T2) –Уравнение Вант-Гоффа

Если Т↑ то lnKp увеличивается→Кр увеличивается→выход газообразных продуктов увеличивается. Для эндотермической реакции увеличение выхода достигается увеличение Т.

 

Б) Кр=F(Т)=Кр=const

При увеличении давления выход газообразных продуктов в реакции уменьшится. При уменьшении давления выход реакции газообразных продуктов реакции увеличится

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...