Файл: Расчет химического равновесия по табличным термодинамическим данным Формулировка задачи.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 189
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Расчет химического равновесия по табличным термодинамическим данным1. Формулировка задачиПо термодинамическим данным для реакции (реакция взята из приложения А1): (I)В интервале температур 600 – 1300 К рассчитать изменения функций . Построить графики этих функций с температурным шагом 100 градусов. Проанализировать изменение этих функций при росте температуры. Рассчитать равновесный состав газовой фазы при условии, что общее давление равно 1 атм. Сделать заключение о направленности реакции в расчетном интервале температур.2. Составление таблицы термодинамических данныхИз приложения А2 сделать выборку термодинамических данных веществ реакции и поместить их в таблицу 1. Табличные данные показывают, что в интервале температур 600 – 1300 К происходит фазовое превращение твердого кадмия.При температуре 932 К твердая фаза перестраивается в жидкую фазу. Следовательно, расчету подлежат две химические реакции: в интервале 600 – 923 К. (II) в интервале 923 – 1300 К. (III)Таблица 1 – Термодинамические данные веществ реакции (I)
3. Расчет изменения теплоемкости
Изменения теплоемкости реакций (II) и (III) определяются уравнениями: для интервала от стандартной температуры (Т=298К) до температуры фазового перехода (Т=Тф.п.) и для интервала от Тф.п. до конечной температуры Т. Подстановка в них табличных данных дает следующие температурные зависимости: . , Дж/К (1) . , Дж/К (2)Уравнения (1) и (2) описывают реакции (II) и (III) и отвечают равенствам и без последнего слагаемого, так как для этих реакций . Сравнение уравнений (1) и (2) показывает, что фазовое превращение одного из веществ, приводит к изменению термодинамической характеристики реакций. Расчет по уравнениям (1) и (2) представим таблицей 2 и графиком (рисунок 1).Таблица 2 – Расчетные значения и реакции (I)
Рисунок 1 – Зависимость изменения теплоемкости реакции (I) от температуры4. Расчет изменения энтальпии
Изменение энтальпии реакции (I) описывается уравнением . В расчете учитываем, что в температурном интервале 600-1300 К протекают реакции (II) и (III). Это позволяет общее уравнение представить двумя частями: (3)Для интервала 600-923 К. (4)Для интервала 923-1300 К. В равенстве (4) эффект фазового превращения кадмия прибавляется, так как это вещество является продуктом. Видно, что необходимо определить по уравнению и далее раскрыть интегральные уравнения: кДжПредставляем расчет таблицей 3 и графиком (рисунок 2). По условию задачи считать будем с 850 К.Таблица 3 – Расчетные значения реакции (I)
Рисунок 2 – Зависимость изменения энтальпии реакции (I) от температурыАнализ полученной зависимости сделаем с помощью закона Кирхгофа: . Поведение функции при изменении аргумента определяется по знаку первой производной функции. Из рисунка 1 видно, что с ростом температуры , поэтому растет на всем интервале 600-1300 К. В точке разрыва (Т=923 К) меняется скачком.5. Расчет изменения энтропиии
Изменение энтропии реакции (I) описывается уравнением . Учитываем, что в интервале 600-1300 К протекают две реакции (II) и (III), поэтому изменение энтропии будем считать по двум уравнениям, следующим из равенства : (5)для интервала 600-923 К. (6)для интервала 923-1300 К.По уравнению определяем Дж/КРасчет по уравнениям (5) и (6) представим таблицей 4 и графиком (рисунок 3).Таблица 4 – Расчетные значения реакции (I)
Рисунок 3 – Зависимость изменения энтропии реакции (I) от температурыСравним графики рисунков 2 и 3. Видим, что поведение обеих функций - и при изменении температуры подобно. Так и должно быть, так как обе функции описываются изменением теплоемкости реакции.6. Расчет изменения энергии Гиббса
Изменение энергии Гиббса реакции (I) описывается уравнением . Расчет представим таблицей 5 и графиком (рисунок 4). Обратим внимание на то, что функция не претерпевает разрыва при температуре фазового превращения в отличие от функций и . Это верно и следует из уравнения , записанного для температуры фазового перехода:Таблица 5 – Расчетные значения реакции (I)
| Вещество | Фаза |   |   |   |  | Коэффициенты уравнения  | |||
| a | b | c | d | ||||||
 | тв | -602,23 | 26,8 | 3075 | 77,5 | 45,47 | 5,012 | -8,738 | - |
 | г | 0 | 130,6 | - | - | 27,72 | 3,39 | - | - |
 | тв | 0 | 32,53 | 923 | 9,21 | 22,32 | 10,26 | -0,431 | - |
| | ж. | - | - | 1393 | 131,9 | 33,5 | - | - | - |
 | г | -36 | 198,9 | - | - | 26,17 | 6,86 | 1,09 | - |
3. Расчет изменения теплоемкости
Изменения теплоемкости реакций (II) и (III) определяются уравнениями: для интервала от стандартной температуры (Т=298К) до температуры фазового перехода (Т=Тф.п.) и для интервала от Тф.п. до конечной температуры Т. Подстановка в них табличных данных дает следующие температурные зависимости: . , Дж/К (1) . , Дж/К (2)Уравнения (1) и (2) описывают реакции (II) и (III) и отвечают равенствам и без последнего слагаемого, так как для этих реакций . Сравнение уравнений (1) и (2) показывает, что фазовое превращение одного из веществ, приводит к изменению термодинамической характеристики реакций. Расчет по уравнениям (1) и (2) представим таблицей 2 и графиком (рисунок 1).Таблица 2 – Расчетные значения и реакции (I)| T, K | --24,70 | 25,52  10-3T | -8,08 105T-2 | ,Дж/К |
| 600 | --24,70 | 15,31 | -2,43 | -11,82 |
| 700 | --24,70 | 17,86 | -1,78 | -8,62 |
| 800 | --24,70 | 20,42 | -1,37 | -5,65 |
| 923 | --24,70 | 23,55 | -1,03 | -2,17 |
| T, K | -13,52 | 15,26 10-3T | 9,83 105T-2 | ,Дж/К |
| 923 | -13,52 | 14,08 | -1,03 | -0,46 |
| 1000 | -13,52 | 15,26 | -0,87 | 0,87 |
| 1100 | -13,52 | 16,79 | -0,72 | 2,54 |
| 1200 | -13,52 | 18,31 | -0,61 | 4,19 |
| 1300 | -13,52 | 19,84 | -0,52 | 5,80 |
Рисунок 1 – Зависимость изменения теплоемкости реакции (I) от температуры4. Расчет изменения энтальпии
Изменение энтальпии реакции (I) описывается уравнением . В расчете учитываем, что в температурном интервале 600-1300 К протекают реакции (II) и (III). Это позволяет общее уравнение представить двумя частями: (3)Для интервала 600-923 К. (4)Для интервала 923-1300 К. В равенстве (4) эффект фазового превращения кадмия прибавляется, так как это вещество является продуктом. Видно, что необходимо определить по уравнению и далее раскрыть интегральные уравнения: кДжПредставляем расчет таблицей 3 и графиком (рисунок 2). По условию задачи считать будем с 850 К.Таблица 3 – Расчетные значения реакции (I)| Т, К | 567123.9 |  |  |  | , Дж |
| 600 | 567123.9 | -14820,0 | 4572,0 | -1346,7 | 555529,2 |
| 700 | 567123.9 | -17290,0 | 6223,0 | -1154,3 | 554902,6 |
| 800 | 567123.9 | -19760,0 | 8128,0 | -1010,0 | 554481,9 |
| 923 | 567123.9 | -22798,1 | 10819,5 | -875,4 | 554269,9 |
| Т,К | 549358.7 |  |  |  | , Дж |
| 923 | 549358.7 | -12479,0 | 6500,2 | -1065,0 | 542315,0 |
| 1000 | 549358.7 | -13520,0 | 7630,0 | -983,0 | 542485,7 |
| 1100 | 549358.7 | -14872,0 | 9232,3 | -893,6 | 542825,4 |
| 1200 | 549358.7 | -16224,0 | 10987,2 | -819,2 | 543302,7 |
| 1300 | 549358.7 | -17576,0 | 12894,7 | -756,2 | 543921,2 |
Рисунок 2 – Зависимость изменения энтальпии реакции (I) от температурыАнализ полученной зависимости сделаем с помощью закона Кирхгофа: . Поведение функции при изменении аргумента определяется по знаку первой производной функции. Из рисунка 1 видно, что с ростом температуры , поэтому растет на всем интервале 600-1300 К. В точке разрыва (Т=923 К) меняется скачком.5. Расчет изменения энтропиии
Изменение энтропии реакции (I) описывается уравнением . Учитываем, что в интервале 600-1300 К протекают две реакции (II) и (III), поэтому изменение энтропии будем считать по двум уравнениям, следующим из равенства : (5)для интервала 600-923 К. (6)для интервала 923-1300 К.По уравнению определяем Дж/КРасчет по уравнениям (5) и (6) представим таблицей 4 и графиком (рисунок 3).Таблица 4 – Расчетные значения реакции (I)| Т,К | 322.22 |  |  |  | , Дж/К |
| 600 | 322.22 | -158,00 | 15,31 | 1,12 | 180,65 |
| 700 | 322.22 | -161,81 | 17,86 | 0,82 | 179,10 |
| 800 | 322.22 | -165,11 | 20,42 | 0,63 | 178,16 |
| 923 | 322.22 | -168,64 | 23,55 | 0,47 | 177,61 |
| Т, К | 265.53 |  |  |  | , Дж/К |
| 923 | 265.53 | -92,31 | 12,48 | 0,58 | 186,28 |
| 1000 | 265.53 | -93,39 | 13,52 | 0,49 | 186,15 |
| 1100 | 265.53 | -94,68 | 14,87 | 0,41 | 186,13 |
| 1200 | 265.53 | -95,86 | 16,22 | 0,34 | 186,24 |
| 1300 | 265.53 | -96,94 | 17,58 | 0,29 | 186,46 |
Рисунок 3 – Зависимость изменения энтропии реакции (I) от температурыСравним графики рисунков 2 и 3. Видим, что поведение обеих функций - и при изменении температуры подобно. Так и должно быть, так как обе функции описываются изменением теплоемкости реакции.6. Расчет изменения энергии Гиббса
Изменение энергии Гиббса реакции (I) описывается уравнением . Расчет представим таблицей 5 и графиком (рисунок 4). Обратим внимание на то, что функция не претерпевает разрыва при температуре фазового превращения в отличие от функций и . Это верно и следует из уравнения , записанного для температуры фазового перехода:Таблица 5 – Расчетные значения реакции (I)| Т, К |  |  |  | |
| 600 | 555529,2 | 180,65 | 108390,04 | 447 139,197 |
| 700 | 554902,6 | 179,10 | 125367,76 | 429 534,850 |
| 800 | 554481,9 | 178,16 | 142525,87 | 411 956,028 |
| 923 | 554269,9 | 177,61 | 163931,02 | 390 338,875 |
| 923 | 542315,0 | 186,28 | 171933,60 | 370 381,350 |
| 1000 | 542485,7 | 186,15 | 186149,15 | 356 336,551 |
| 1100 | 542825,4 | 186,13 | 204739,88 | 338 085,480 |
| 1200 | 543302,7 | 186,24 | 223485,39 | 319 817,340 |
| 1300 | 543921,2 | 186,46 | 242394,24 | 301 527,006 |