Термодинамический исследование реакции
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Новотроицкий филиал
Федерального государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
Национальный исследовательский технологический университет
МИСиС
Кафедра математики и естествознания
Контрольная работа №1
Термодинамический анализ реакции
По дисциплине физическая химия
вариант №2
Выполнил: Гагаринский И.В
Проверил: Нефедова Е.В.
Новотроицк, 2010 г.
1. ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАНИЯ
.1 Исследование 1
Для реакции: C+O2=CO2 выполнить следующее:
Составить уравнение зависимости от температуры величины = f (T), теплового эффекта = f(T) и изменения энтропии = f(T).
Вычислить величины при температурах:
-1500 K. Полученные значения использовать при построении графиков в координатах - Т; - T; - T; - T; ln Kp - T; и - 1/T. энтропия термодинамический реакция
Дать термодинамический анализ реакции на основании полученных результатов.
Пользуясь графиком lnКр - 1/T , вывести приближенное уравнение вида = А/T + B, где А, В - постоянные и оценить среднее значение теплового эффекта реакции в изученном интервале температур..
1.2 Исследование 2
Используя правило фаз Гиббса, для рассматриваемой системы определить количества фаз, независимых компонентов и число степеней свободы.
Установить направление смещения состояния равновесия рассматриваемой системы при:
а) увеличении давления (постоянная температура);
б) увеличении температуры (постоянное давление).
2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Зависимость теплового эффекта реакции от температуры определяется законом Кирхгофа:
(1)
где: - стандартный тепловой эффект реакции при 298 К;
- изменение теплоёмкости системы в результате протекания реакции.
Последняя величина рассчитывается по уравнению
(2)
где - мольная изобарная теплоёмкость i-го вещества; - стехиометрический коэффициент i-го вещества в уравнении реакции.
После подстановки значений зависимости от температуры в выражение (2) оно примет вид:
= Da + Db T + DcT-2 , (3)
где: Da = S(ni ai)кон - S(ni ai)исх .
- рассчитываются аналогично .
Значение определяется по стандартным теплотам образования
= S(ni )кон - S (ni )исх. (4)
После расчета Da, и их подстановки в уравнение (3) и (1) получим следующее выражение:
= Х + Da Т + Db/2 Т2 - Dс/ Т-1 (5)
Постоянная интегрирования Х определяется из граничных условий:
Т=298 К; =
X = - Da 298 -1/2 Db 2982 + Dc/ 298-1
Изменение энтропии системы в результате протекания процесса определяется по уравнению:
(6)
В этом уравнении - cтандартное изменение энтропии для реакции при 298К, определяемое по мольным стандартным энтропиям веществ :
= S(ni )кон - S(ni )исх (7)
Подстановка выражения (3) в уравнение (6) приводит в результату:
= Y + Da ln Т + Db Т - Dс//2 Т-2 (8)
Постоянная интегрирования Y определяется из граничных условий:
Т=298 К; = .
= - Da ln298 - Db 298 + Dc/ 298-2/ 2
При расчете изменения стандартной энергии Гиббса для реакции воспользуемся точным уравнением энтропийного варианта Гиббса-Гельмгольца:
(9)
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:
(10)
После подстановки выражения (8) в уравнение (9) получим :
. (11)
3. ПОДГОТОВКА ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТОВ
Для удобства последующих расчетов составляем таблицу исходных данных.
Таблица 1 Исходные данные для термодинамического исследования реакции (по данным [1])
веществоH298S298abcC05,7417,50,00427-879000O20205,0331,460,00339-377000CO2-393510213,644,140,00904-853000ИЗМЕНЕНИЯ:-3935102,83-4,820,00138403000
4. УРАВНЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТОВ
С учетом данных, представленных в табл.1 получаем следующие уравнения для расчета:
= 17,5 +0,00427 ? T +(-879000) ? T-2=0,935777778 ,
Х = - Da 298 - Db/2 2982 + Dс/ 298-1 = -390910,4435 Дж = - Da ln 298 - Db 298 + Dс//2 298-2 = 31,28955 Дж/К
= Х + Da Т + Db/2 Т2 - Dс/ Т-1 = -390910,4435 + 17,5 Т + 0,00427 Т2 +879000 Т-1 = -393508,0769 Дж
=Y + Da ln Т + Db Т - Dс//2 Т-2 =31,28955 + 17,5 ln Т + 0,00427 Т +879000Т-2=2,836432123Дж/К
Решение задачи выполнено на персональном компьютере и представлено в таблице 2.
Таблица 2 Сводная таблица термодинамических характеристик реакции
5. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕАКЦИИ
.1. На рисунке 1 и в таблице 3 представлено изменение теплоемкости в реакции
Таблица 3 Величина при различных температурах реакции:
Рисунок 1. Изменение изобарной теплоемкости в реакции
Из приведенных данных следует:
Величина меняет знак при температуре Т1= 400 К. Такое изменение значений определяет вид зависимости от температуры теплового эффекта и изменения энтропии в реакции ( рисунки 2 и 3).
Значение реакции меняет знак при Т = 400 К, поэтому на кривых зависимости и от температуры ( рис.2 и рис.3) при этой температуре появляется экстремум..
5.2 При комнатной температуре тепловой эффект реакции =-393510 кДж, т.е. реакция протекает с выделением теплоты. Изменение теплового эффекта с температурой приведено в таблицах 2 и 4 и на рисунке 2
Таблица 4 Теп?/p>