Термодинамический исследование реакции
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
»овой эффект реакции при различных температурах
По данным табл.4 построим зависимость = f(T) на рис.2.
Вид кривой на рисунке 2 определяется законом Кирхгофа
(dDН)/(dT ) =
Знак определяет вид кривой на рисунке 2 (убывающая, возрастающая и экстремальная зависимость).
Рис. 2. Зависимость теплового эффекта от температуры
Зависимость на рис.2 позволяет найти не только значения теплового эффекта при любой температуре в заданном интервале температур, но и определить величину в пределах 300-1500 К. Например, определим рассматриваемой реакции при температуре 700 К. Из дифференциальной формы закона Кирхгофа (dDН)/(dT) = , следует, что тангенс угла наклона касательной, проведённой к кривой при выбранной температуре, даёт искомую величину (см. рис. 1).
Чтобы определить численное значение возьмём на касательной две произвольные точки a и b (рис.2). Можно записать:
0.95Дж/к
Расчет по уравнению (3а) даёт близкие к найденному графическим способом значения..
В изученном интервале температур знак не меняется, а по сравнению с величина изменилась примерно на 0,1%.
.3 При комнатной температуре изменение энтропии составляет = ……..Дж/К, т.е. реакция протекает с увеличением (уменьшением) беспорядка
Значения при всех выбранных температурах, приведенные в таблице 2, данные сведём в таблицу 4.
Таблица 5 Изменение энтропии в реакции при различных температурах
По данным табл. 4 построим зависимость = f(Т) на рис. 3.
Рисунок 3. Изменение энтропии в реакции
На рисунке 3 видно, что изменение энтропии в реакции с температурой аналогично изменению энтальпии на рисунке 2, и объясняется знаком и величиной производной
d() / dT = /T
При расчете изменения стандартной энергии Гиббса для реакции воспользуемся точным уравнением Гиббса-Гельмгольца:
(8)
Найденные величины изменения стандартной энергии Гиббса приведены в табл. 6, по данным которой построена зависимость = f(Т), изображенная на рис. 4.
Таблица 6. Значения изменения стандартной энергии Гиббса () при различных температурах
Рис. 4. Стандартное химическое сродство в реакции
Из таблицы 5 и рис. 4 следует что во всём периоде температур <0. Характер зависимости стандартного химического сродства от температуры определяется знаком и величиной изменения энтропии:
() / dT = -,
т.е. видом графика на рисунке 4.
5.4 Константа равновесия реакции
Для реакций, в которых участвуют только газы или газы и конденсированные фазы, представляющие собой чистые вещества, константу равновесия Ка выражают обычно через равновесные парциальные давления (Pi) и обозначают символом Kp.
Константа равновесия связана с изменением стандартной энергии Гиббса соотношением:
(9)
После подстановки выражения (8) в уравнение (9) получим :
. (10)
Если 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:
= (A/T) + B, (11)
Где А и В - постоянные, которые соответственно равны:
= - /R (12)
B = /R (13)
Уравнение (11) отвечает линейной зависимостью lnКp = f(1/T). Определим коэффициенты А и В графически. С этой целью по уравнению (9) и данным табл.5 расcчитаем величину lnKp в заданном интервале температур. Например, для температуры 300К :
, … = -/ (R1500) = (-397127,02)/(8,311500) = 31,859
Константа равновесия, соответствующая полученному значению lnKp,,… , вычисляется следующим образом:,1500 = е31,859 = 6,46*1013; Kp =6,46*1013
Аналогично рассчитываем lnKp и Кp и при других температурах. Полученные значения этих величин сведем в табл. 7.
Таблица 7. Величины констант равновесия при различных температурах
По данным табл. 6 строим зависимость lnKз = f(1/Т), на рис.5.
Т.к. К>>4 отсюда следует, что идёт прямая реакция. Причём, чем ниже температура (Т), тем больше равновесие сдвинуто в сторону продукта реакции.
Рис. 5. Зависимость константы равновесия реакции от температуры
Вид кривой на рис. 5 определяется уравнением изобары реакции (уравнением Вант-Гоффа):
d (ln Kp) / dT = / RT2
Реакция сопровождается выделением теплоты (< 0) поэтому на рис. 5 зависимость ln Kp от температуры убывающая.
Если точки на графике (рис. 5) практически ложатся на прямую, выполняются следующие действия. Тангенс угла прямой к оси абсцисс численно равен коэффициенту А в уравнении (11). Для нахождения величины тангенса проведем на рис. 6 прямую, возьмём на ней произвольно две точки а и b и определим численные значения их ординат и абсцисс. Можно записать:
Для определения численного значения В поступим следующим образом. Из табл. 7 возьмём значение ln Кр при 300 К (158,1865), подставим его вместе с численным коэффициента А (47372,8034), найденным ранее, в уравнение (11), предварительно выразив его через В.
= lnKp - A/T = 158,1865-47372,8034/300= 0,2771
Итак, приближенное уравнение зависимости константы равновесия от температуры имеет вид:= (47372,8034/T) - 0,2771. (14)
Последнее уравнение позволяет рассчитать значение Кр при любой температуре, если последняя находится в заданном интервале (т.е. в пределах 300 -1500 К) или незначительно выходит за этот интервал.
По значениям коэффициента А и В рассчитаем величину среднего те?/p>