Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Напишите термохимические уравнения реакций, тепловой эффект которых является теплотой образования всех реагентов заданной химической реакции.



Образцы выполнения с/р2

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА. РАВНОВЕСИЕ. КИНЕТИКА.

ЗАДАЧА 1. Теплота сгорания топлива.

Объем топлива, л Состав топливной смеси, %
СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С6Н6
- - -

 

Имеем газовую топливную смесь: 50%СН4 + 50%С4Н10.

Суммарный объем V=1000 л=1м3.

Напишите химические уравнения реакций горения газовых составляющих заданной топливной смеси.

Реакция горения метана:

СН4 (г) + 2О2 (г) ® СО2 (г) + 2Н2О( ж )

Реакция горения бутана:

С4Н10 (г) + 13/2О2 (г) ® 4СО2 (г) + 5Н2О( ж ) .

Энтальпия Δ r Н0298 этих химических реакций является теплотой сгорания газового топлива ΔН0сг.

2. Рассчитайте, сколько теплоты можно получить при сжигании заданного объема топливной смеси заданного состава (объемные %), условия считать нормальными.

С использованием закона Гесса рассчитаем теплоту сгорания газового топлива ΔН0сг при стандартном состоянии и 298 К, используя табличные данные (см. приложение, табл. ) теплоты образования всех веществ, участвующих в реакции горения (Δf Н0298):

для метана

ΔН0сг СН4 = Δ r Н0298 = Δf Н0СО2 + Δf Н0Н2О - Δf Н0СН4 - 2Δf Н0О2 =

= - 393,62 + 2. (-285,84) – (-74,78) - 0 = -802,28 кДж/моль.

для бутана

ΔН0сг С4Н10 = Δ r Н0298 = 4Δf Н0СО2 + 5Δf Н0Н2О - Δf Н0С4Н10 - 13/2Δf Н0О2 =

= 4.(- 393,62) + 5. (-285,84) – (-126,15) - 0 = -2877,53 кДж/моль.

Удельная теплота сгорания QТ газового топлива:

QT = - (ΔНсг.1000/22,4) , кДж/м3,

где 22,4 л/моль – молярный объем газа при н.у.

для метана

QT, СН4= - ( -802,28 . 1000 / 22,4) =35816 кДж/м3.

для бутана

QT, С4Н10= - ( -2877,53 . 1000 / 22,4) =128461 кДж/м3.

Суммарное количество теплоты, полученное при сгорании данной топливной смеси с учетом объемов газов:

Q = QT, СН4. VСН4 + QT, С4Н10. VС4Н10 =

=35816.(1.0,5)+128461.(1.0,5) =82138,5 кДж.

3. Из заданной топливной смеси выберите наиболее энергоэффективное топливо. Рассчитайте удельную теплоту сгорания этого топлива QT, кДж/м3. Рассчитайте минимальный объем этого топлива для получения 100 МДж теплоты.

Наиболее энергоэффективное топливо в данной топливной смеси – бутан, удельная теплота сгорания QT, С4Н10 = 128461 кДж/м3.

Для получения 100 МДж теплоты необходимо сжечь:

VС4Н10 = Q/ QT, С4Н10 =100000/128461=0,778 м3 = 778 л.

 

ЗАДАЧА 2. Химическая термодинамика.

Химическая реакция (п.1) ргаз. 10-5 , Па (п.2) Сисх, моль/л (п.3)
А В D М А В
СO2 (г) + C(к) « 2CО(г)   - 0,02 - 0,5 -

 

Напишите термохимические уравнения реакций, тепловой эффект которых является теплотой образования всех реагентов заданной химической реакции.

Для химической реакции

СO2 (г) + C(к) « 2CО(г)

Вещество C(к) – простое, устойчивое при 298 К и давлении 100 кПа, энтальпия его образования DH0f,298, = 0.

Термохимические уравнения реакций, тепловой эффект которых является теплотой образования реагентов заданной химической реакции СO2 (г) и CО(г) :

O2 (г) + C(к) « CО2 (г) , DH0f,298 = -393,51 кДж/моль,

(см. табл. );

1/2 O2 (г) + C(к) « CО(г) , DH0f,298 = -110,5 кДж/моль ,

(см. табл. ).

2. Рассчитайте величины энтальпии Dr H0298 , энтропии Dr S 0298 заданной химической реакции (п.1. табл. к задачам 1, 2) при стандартном состоянии (с.с.) всех реагентов и температуре 298 К. Сделайте вывод о тепловом эффекте реакции.

По табличным данным (см. табл. ) запишем термодинамические функции состояния реагентов заданной химической реакции при стандартном состоянии и 298 К

вещество DH0f,298, кДж/моль   DG 0f,298 , кДж/моль S 0f,298 , Дж/моль.К ср, Дж/моль.К Температурный интервал, К
С(графит) 5,74 8,54 298-2300
СО2 (г) -393,51 -394,38 213,68 37,41 298-2500
СО (г) -110,5 -137,14 197,54 29,14 298-2500

 

С использованием закона Гесса рассчитаем энтальпию ΔrН0298, энтропию rS0298и энергию Гиббса Δr G0298 химической реакции при стандартном состоянии и 298 К:

Δr Н0298 = 2Δf Н0298 СОг - Δf Н0298 Ск - Δf Н0298 СО2г =

= 2(-110,5) – 0 – (-393,5) = 172,5 кДж.

Δr Н0298 >0 - реакция эндотермическая, идет с поглощением теплоты.

rS0298 = 2 S0f,298,СО(г) - S0f,298,С(к) - S0f,298,СО2(г) = 2(197,54) – 5,74 – 213,68 =

= 175,66 кДж/К.

rS0298>0 – система стала более неупорядоченной вследствие образования дополнительного количества газа.

3. Рассчитайте величину энергии Гиббса DrG0 298 заданной химической реакции (п.1. табл. к задачам 1, 2) при стандартном состоянии (с.с.) всех реагентов и температуре 298 К. Определите, в каком направлении будет самопроизвольно протекать данная реакция при стандартном состоянии всех реагентов и температуре 298 К.

Δr G0298 = 2Δf G0298 СОг - Δf G0298 Ск - Δf G0298 СО2г =

= 2(-137,14) – 0 – (-394,38) = 120,15 кДж.

ΔrG0298 >0 – самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при стандартном состоянии и 298 К невозможно. Реакция протекает в обратном направлении.

4. Определите область температур, при которых возможно самопроизвольное протекание прямой реакции при стандартном состоянии всех реагентов без учета зависимости Dr H0 и Dr S 0 от температуры. Постройте график зависимости энергии Гиббса реакции от температуры DrG0 = f (Т ).

Возможность самопроизвольного протекания реакции при стандартном состоянии определяется неравенством r G0T < 0.

Т.е. , если

 

r G0T = ∆r H0298 + r с0pdT - Тr S0298 - Т r с0p/T)dT < 0

Если считать, что rH0 и rS0 не зависят от температуры:

 

r G0T ≈ ∆r H0298 - Тr S0298 < 0

 

r G0Т = (172,5 – Т.175,66.10-3) < 0 , отсюда Т > 982 К.

 

График зависимости DrG0 = f (Т ):

 

rG0Т

 


298 982 2300Т

С учетом температурных интервалов существования реагентов температурная область самопроизвольного протекания реакции при стандартном состоянии 982 < Т< 2300 К.

5. Рассчитайте величину энергии Гиббса DrG298 химической реакции при заданных значениях парциальных давлений газов (п.2. табл. к задачам 1, 2) и температуре 298 К. Определите, изменится ли направление протекания процесса при 298 К при изменении парциальных давлений газов по сравнению со стандартным состоянием.

Расчет энергии Гиббса химической реакции при любой температуре и любых относительных парциальных давлениях газов производится по уравнению изотермы Вант-Гоффа:

ΔrGТ = rG0Т + RTln .

Рассчитаем Δr G298 при 298 К и давлениях газов: рСО = 2.103 Па,

рСО2 = 8.105 Па.

Относительные парциальные давления газов:

СО= 2.103 Па/105 Па = 0,02; СО2 = 8.105 Па/105 Па = 8.

Δr G298 = Δr G0298 + RTln(р2СО/рСО2) = 120,15 +8,31.10-3 . 298.ln(0,02/8) =

=105,3 кДж.

ΔrG298 >0 – самопроизвольное протекание реакции в прямом направлении при заданных парциальных давлениях газов и 298 К невозможно. Реакция протекает в обратном направлении.

6. Определите, как нужно (теоретически) изменить парциальное давление любого из исходных газов (рА или рВ) для изменения направления протекания процесса по сравнению со стандартным состоянием при 298 К и стандартном парциальном давлении всех других компонентов химической реакции.

При стандартном состоянии и 298 К возможно самопроизвольное протекание реакции в обратном направлении, т.к. ΔrG0298 >0.

Для изменения направления протекания процесса по сравнению состандартным состояниемпри 298 К можно изменить парциальное давление СО2 , (состояние всех других компонентов стандартное). Условием самопроизвольного протекания реакции в прямом направлении является ΔrG298 <0.

По уравнению изотермы Вант-Гоффа:

ΔrGТ = rG0Т + RTln < 0

Δr G298 =120,15 + 8,31.10-3.298 ln < 0

Решаем неравенство ln< - 48,5и получаем: < 10-21 .

Таким образом,рСО < рСО2 ≈ в 105 раз.

Таким образом, для изменения направления протекания процесса по сравнению состандартным состояниемпри 298 К и давлении рСО = 105 Па нужно увеличить парциальное давление СО2 в 105 раз, т.е. парциальное давление СО2 должно быть: рСО2 > 1025 Па.

При таком давлении СО2 заданная химическая реакция может самопроизвольно протекать в прямом направлении при 298 К.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.