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>