Файл: Методические указания для самостоятельной работы для студентов направления подготовки бакалавриата 05. 06. 03 Экология и природопользование.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.12.2023

Просмотров: 65

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Домашние задания

Общие рекомендации

1 Расчет термодинамических параметров химических реакций

2. Расчет константы равновесия при заданной температуре

3 Расчет состава равновесной газовой смеси

4. Двухкомпонентные диаграммы состояния жидкость-газ

5 Двухкомпонентные диаграммы состояния жидкость-твердое



,

где ni – количество вещества отдельного компонента системы; – суммарное количество вещества всех компонентов системы:

;

;

;

.

3. Определить равновесные парциальные давления компонентов системы согласно формуле:

,

где – общее давление в системе, атм.

;

;

.

4. Составить уравнение константы равновесия процесса диссоциации иодоводорода,

,

подставить в полученное уравнение определенные в п.3 парциальные давления компонентов,



и решить его относительно α:



5. Вычислить равновесный состав системы:

;

;

.

6. Выполнить проверку: сумма мольных долей компонентов системы должна быть равна единице.

.

Задачи для решения

3.1. Задачи на расчет степени превращения вещества


  1. Вычислить степень диссоциации четырехокиси азота на оксид азота (IV) по реакции N2O4 (г) = 2NO2 (г), если при температуре 50 °С и давлении 0,93 атм. константа равновесия равна 0,44.

  2. При 2400 К для реакции 2H2O (г) = 2H2 (г) + O2 (г) lgKр = -2,41. При каком давлении степень диссоциации водяного пара уменьшится в два раза, если вначале давление равнялось 507 гПа?

  3. При 49,7 °С и 348 гПа N2O4 диссоциирует на 63 % согласно уравнению N2O4 (г) = 2NO2 (г). Определить при каком давлением степень диссоциации при указанной температуре будет равна 50%.

  4. Определить степень диссоциации фосгена по реакции COCl2 (г) = CO (г)+Cl2 (г), если при температуре 600 °С и давлении 1,36 атм. величина константы равновесия равна 5,8.

  5. Определить степень диссоциации молекулы йода на атомы, если при температуре 527 °С и давлении 0,5 атм. константа равновесия равна 0,042.

  6. При 494 °С и 990 гПа степень диссоциации оксида азота (IV) на оксид азота (II) и кислород составляет 56,5 %. Вычислить давление, при котором степень диссоциации равна 80 %.

  7. Вычислить степень диссоциации N2O4 по реакции N2O4 (г) = 2NO2 (г) при температуре 50 °С и давлении 34800 Па, если константа равновесия равна 0,4.

  8. Вычислить степень диссоциации хлорида фосфора (V) на хлорид фосфора (III) и хлор при температуре 230 °С и давлении 8,104∙105 Па, если константа равновесия равна 3,00.

  9. Вычислить давление, при котором степень диссоциации фосгена на угарный газ и хлор при температуре 600 °С составит 10 %, если константа равновесия равна 5,8.

  10. Вычислить давление, при котором степень диссоциации N2O4 на оксид азота (IV) при температуре 27 °С составит 40 %, если константа равновесия равна 0,042.

  11. Вычислить степень диссоциации N2O4 на оксид азота (IV) при температуре 27 °С и атмосферном давлении, если константа равновесия равна 0,042

  12. Вычислить степень диссоциации хлорида фосфора (V) на хлорид фосфора (III) и хлор при температуре 212 °С если константа равновесия равна 0,042 при условии, что 9,65 г хлорида фосфора (V) при указанной температуре занимают объем 2,64 л.

  13. Вычислить давление, при котором степень диссоциации N2O4 на оксид азота (IV) при температуре 50 °С составляет 92 %, если константа равновесия равна 0,2.

  14. При 49,7 °С и 348 гПа N2O4 диссоциирует на 63 % по уравнению N2O4 (г) = 2NO2 (г). Вычислить степень диссоциации при той же температуре и давлении 125 гПа.

  15. При 830 °С и 1013 гПа степень диссоциации сероводорода 2H2S (г) = 2H2 (г)+S2 (г) равна 8,7 %. Определить константу равновесия Кр этой реакции.

  16. При 1500 K и 1013 гПа степень диссоциации CO2 на угарный газ и кислород равна 0,1 %. Определить константу равновесия и рассчитать степень диссоциации CO2 при давлении 202,6·103 гПа, пренебрегая малыми значениями α по сравнению с единицей в (1 - α) и (1 + α/2).

  17. Вычислить степень диссоциации иодоводорода на водород и йод при температуре 444 °С и давлении 20 атм., если константа равновесия равна 50. При каком давлении степень диссоциации составит 20 %?

  18. Вычислить степень диссоциации молекулы брома на атомы при температуре 1000 K и атмосферном давлении, если величина константы равновесия равна 0,04.

  19. Вычислить степень диссоциации молекулы хлора на атомы при температуре 1000 K и атмосферном давлении, если величина константы равновесия равна 0,14.

  20. При 727 °С константа равновесия диссоциации оксида серы (VI) на оксид серы (IV) и кислород равна 3,461. Определить, под каким давлением степень диссоциации SO3 составит 20 %?

  21. При каком давлении степень превращения оксида серы (IV) в оксид серы (VI) по реакции 2SO2 (г) + O2 (г) = 2SO3 (г) составит 95 % при температуре 700 °С и константе равновесия 0,29.

  22. Вычислить давление, при котором степень диссоциации хлорида фосфора (V) на хлорид фосфора (III) и хлор составит 10 % при температуре 230 °С, если константа равновесия равна 3,0.

  23. Вычислить общее давление в равновесной газовой смеси, при котором степень превращения метана по реакции CH4 (г) + CO2 (г) = 2CO (г) + 2H2 (г) при 1100 K составит 30 %, если константа равновесия равна 287,2.

  24. Вычислить степень превращения метана при по реакции CH4 (г) + CO2 (г) = 2CO (г) + 2H2 (г), при температуре 900 K и давлении 1 атм., если константа равновесия равна 0,52.

  25. Вычислить степень дегидрирования этана при температуре 1000 K и давлении 1 атм., если константа равновесия равна 0,32.

  26. Вычислить выход этилена при дегидрировании этана при температуре 1200 K и давлении 1 атм., если константа равновесия равна 5,9.

  27. Вычислить общее давление в равновесной газовой смеси, при котором степень диссоциации этана на этилен и водород при 1100 K составит 65 %; константа равновесия равна 1,6.

  28. Вычислить общее давление в системе, при котором выход цианистого водорода, образующегося при реакции ацетилена и азота, при температуре 900 K составит 35 %; константа равновесия равна 0,03.

  29. Вычислить общее давление в равновесной газовой системе, при котором выход оксида серы (VI), образующегося при окислении оксида серы (IV) кислородом при температуре 900 K и давлении 0,5 атм. составит 60 %; константа равновесия равна 48.

  30. Вычислить степень диссоциации этанола на этилен и воду при температуре 500 K и давлении 1 атм., если константа равновесия равна 88,5.

3.2. Задачи на расчет равновесного состава газовой смеси


  1. Рассчитать выход NO и равновесный состав газовой смеси после протекания реакции N2 (г) +O2 (г) = 2NO (г) при 2400 °С, если константа равновесия равна 0,0035, а объемная доля азота в исходной газовой смеси составила 60 %.

  2. Рассчитать равновесный состав после взаимодействия 1 моль SO2 и 2 моль Cl2 по реакции SO2 (г) + Cl2 (г) =SO2Cl2 (г) при температуре 102 °С и давлении 1,5 атм., если константа равновесия равна 0,002.

  3. Рассчитать равновесный состав газовой смеси после реакции С (т) + СО2 (г) = СО (г), протекающей при температуре 1000 °С и давлении 46,6 атм., если константа равновесия равна 120,7.

  4. Рассчитать выход эфира и равновесный состав смеси, полученной в результате взаимодействия 1 моль кислоты и 2 моль спирта по реакции CH3COOH (г) + C2H5OH (г) = CH3COOC2H5 (г) + H2O (г), протекающей при температуре 110 °С и атмосферном давлении, если константа равновесия равна 4.

  5. Для реакции CO (г) + H2O (г) = H2 (г) + CO2 (г), протекающей при температуре 660 °С константа равновесия равна 1. Рассчитать какие объемные доли СО и Н2О должна содержать исходная смесь газов, смеси, чтобы в состоянии равновесия объемная доля СО2 составила 20% и объемная доля водорода составила 20 %.

  6. Вычислить равновесный состав газовой смеси после разложения 1 моль иодоводорода по реакции 2HI (г) = H2 (г) + I2 (г), протекающей при температуре 444 °С и давлении 2 атм., если константа равновесия равна 50.

  7. Рассчитать равновесный состав смеси, образующейся по реакции СО (г) + Н2О (г) = СО2 (г) + Н2 (г) при 660 °С и давлении 1,2 атм., если константа равновесия равна 1,0, а исходная смесь угарного газа и паров воды содержала объемную долю СО 20 %.

  8. Рассчитать константу равновесия реакции СН4 (г) + Н2О (г) = СО (г) + 3Н2 (г), протекающей при температуре 1100 K и давлении 1 атм., если для реакции взято по 1 моль исходных веществ, а объемная доля водорода в равновесной смеси составила 72 %.

  9. Рассчитать константу равновесия реакции 4HCl (г) + O2 (г) = 2H2O (г) + Cl2 (г), протекающей при температуре 480 °С и давлении 0,95 атм., если для реакции взято 4,9 моль HCl и 5,1 моль О2, а степень превращения HCl составила 76,0 %.

  10. Газовую смесь, содержащую мольную долю СО 45 %, водорода 35 % и паров воды 20 % нагрели до температуры 1400 °С для проведения реакции СО2 (г) + Н2 (г) = СО (г) + Н2О (г). Рассчитать равновесный состав, если константа равновесия составила величину 2,21.

  11. Определить равновесный состав, образующийся по реакции H2 (г) + Cl2 (г) = 2HCl (г) из 2 л водорода и 3 л хлора, если константа равновесия равна 1.

  12. Определить равновесный состав реакции СО (г) + Н2О (г) = СО2 (г) + Н2 (г), протекающей при 700 °С, если в исходной смеси мольная доля СО составила 40 %, паров воды 60 %, а константа равновесия реакции равна 1,37.

  13. Вычислить константу равновесия реакции 2СО (г) + 2H2 (г) = CH4 (г) + CO2 (г) при температуре 1000 K и давлении 20 атм., если в равновесной смеси газов объемная доля метана 22,2 %, углекислого газа 31,8 %, водорода 25,8 % и угарного газа 20,2 %.

  14. Вычислить выход СО по реакции С (т) + СО2 (г) = 2СО (г) при температуре 800 °С и давлении 1 атм., если константа равновесия равна 86.

  15. Определить равновесный состав смеси для реакции СО (г) + Н2О (г) = СО2 (г) + Н2 (г) Если известно, что при 930,5 К константа равновесия равна 1, а до начала реакции были смешаны 3 моль СО и 4 моль Н2О.

  16. Вычислить равновесный состав газовой смеси при димеризации 230 г двуокиси азота (NO2) в четырехокись (N2O4) при температуре 400 K и давлении 2 атм.; константа равновесия 0,03.

  17. Вычислить равновесный состав газовой смеси при диссоциации 0,3 кг четырехокиси азота (N2O4) на двуокись (NO2) при температуре 400 K и давлении 2 атм.; константа равновесия 50.

  18. Вычислить равновесный состав газовой смеси при диссоциации 100 г сероводорода на водород и серу при температуре 1000 K и давлении 2 атм.; константа равновесия равна 5,2∙10-5.

  19. Найти состав равновесной газовой смеси, образующейся при диссоциации 50 г азота (IV) на оксид азота (II) и кислород при 800 K и давлении 1 атм.; константа равновесия равна 2,22.

  20. Вычислить парциальное давление окиси углерода в процессе восстановления оксида железа (III) по реакции: CO (г) + Fe2O3 (т) = FeO (т) + CO2 (г) при температуре 1000 K и общем давлении в системе 4 атм.; константа равновесия равна 95.

  21. Вычислить равновесный состав газовой смеси при диссоциации 81 г иодистого водорода на водород и йод при температуре 600 K и давлении 2 атм.; константа равновесия равна 0,007.

  22. Вычислить равновесный состав газовой смеси, образующейся при синтезе фосгена из стехиометрического соотношения оксида углерода (II) и хлора при температуре 800 K и давлении 1 атм.; константа равновесия равна 0,91.

  23. Вычислить равновесный состав газовой смеси, образующейся при диссоциации 12,3 л SO2Cl2 на оксид серы (IV) и хлор при температуре 400 K и давлении 1 атм.; константа равновесия равна 0,48.

  24. Вычислить равновесный состав газовой смеси, образующейся при диссоциации 1 моль трехокиси серы на оксид серы (IV) и кислород при температуре 1100 K и давлении 3 атм.; константа равновесия равна 2,36.

  25. Вычислить равновесный состав газовой смеси, образующейся при взаимодействии 50 л водорода и 50 л йода при температуре 900 K и давлении 1 атм.; константа равновесия равна 35.

  26. Вычислить равновесный состав газовой смеси, образующейся при диссоциации 2 моль циановодорода на ацетилен и азот при температуре 1100 K и давлении 1 атм.; константа равновесия равна 14.

  27. Вычислить равновесный состав газовой смеси, образующейся при взаимодействии стехиометрических количеств метана и углекислого газа при температуре 1000 K и давлении 1 атм.; константа равновесия равна 17.

  28. Вычислить равновесный состав газовой смеси при образовании SO2Cl2 при взаимодействии эквимолярных количеств (по 2 моль) SO2 и Cl2 при температуре 400 K и давлении 2 атм.; константа равновесия равна 2,1.

  29. Вычислить равновесный состав газовой смеси, образующейся при диссоциации 100 л фосгена на угарный газ и хлор, при температуре 900 K и давлении 1 атм.; константа равновесия 6,12.

  30. Вычислить равновесный состав газовой смеси, образующейся при синтезе цианистого водорода из 26 г ацетилена и 28 г азота при температуре 1100 K и давлении 1 атм.; константа равновесия равна 0,07.

4. Двухкомпонентные диаграммы состояния жидкость-газ

 Краткие теоретические сведения

Общая информация


Неконденсированные системы изучают с помощью как изобарических сечений диаграмм их состояния (в координатах температура и состав), так и изотермических сечений в координатах давление - состав.

В уравнении, определяющем число степеней свободы системы по правилу фаз Гиббса, число внешних переменных уменьшается до единицы

.

Максимальное число фаз, находящихся в равновесии в таких системах, не превышает трех, системы с двумя фазами имеют одну степень свободы, а с одной - две степени свободы.

 Типовые диаграммы состояния



Рис. 1. Диаграмма с неограниченной растворимостью компонентов, без точек азеотропа

Свойства систем, заданных фигуративными точками

Точка
Исходный состав, % В
Кол-во фаз в точке
Наименование фаз
Состав каждой фазы, % В
Относительное кол-во фаз, %
Температура конденсации
Число степеней свободы

ТН
ТK

X
40
2
Ж
65
37,5
500
290
2-2+1=1

Г
25
62,5




Рис. 2. Диаграмма с неограниченной растворимостью компонентов и нижним азеотропом




Точка
Исходный состав, % В
Кол-во фаз в точке
Наименование фаз
Состав каждой фазы, % В
Относительное кол-во фаз, %
Температура конденсации
Число степеней свободы

ТН
ТK

1
40
2
Ж
12
Ж=Г
72
50
2-2+1=1

Г
40


Рис. 3. Диаграмма с областями полной и частичной растворимостью жидкостей




Точка
Исходный состав системы, % В
Кол-во фаз в точке
Наименование фаз
Состав каждой фазы, % В
Относительное кол-во фаз, %
Температура конденсации
Число степеней свободы

F=K-Ф+1

ТН
ТK

1
40
2
ж1
20
75
95
80
2-2+1=1

ж2
90
25




Рис. 4. Диаграмма с ограниченной растворимостью компонентов, полной растворимости нет.




Точка
Исходный состав системы, % В
Кол-во фаз в точке
Наименование фаз
Состав каждой фазы, % В
Относительное кол-во фаз, %
Температура конденсации
Число степеней свободы

F=K-Ф+1

ТН
ТK

1
40
3
Ж1
25
Ж1=Ж2=Г
101
72
2-3+1=0

Г
60

Ж2
82



Порядок рассмотрения диаграммы

Смотрите также файлы