Вычисление температурного коэффициента теплового эффекта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетное задание по физической химии

1. Расчет H(298) и U(298) для заданной реакции

,

,

, следовательно (,

,

2. Расчет зависимости температурного коэффициента теплового эффекта реакции и самого теплового эффекта от температуры в интервале 500800К

Согласно закону Кирхгофа, , откуда следует, что

,

Вычислим значения коэффициентов a, b, c, c' по справочным данным:

;,

,

,

,

Ниже приведены значения температурного коэффициента теплового эффекта и теплового эффекта, рассчитанные по приведенным выше формулам при различных температурах из заданного интервала (расчеты проводились в MS Excel).

3. Расчет изменения энергии Гиббса и константы равновесия реакции при стандартных условиях

,

,

,

4. Расчет стандартной энтропии этилена при T=800K

.

Величину ср можно рассчитать по температурному ряду:

a = ; b = ; c = ,

,

5. Расчет зависимости константы равновесия от температуры в интервале 500800К

Согласно уравнению нормального сродства, К0(T) = . Значения можно рассчитать по методу Темкина-Шварцмана, основанного на интегрировании уравнения изобары . Можно записать, что

,

Коэффициенты M при заданной температуре можно рассчитать по следующим формулам: тепловой эффект энергия константа

,

Ниже приведена таблица расчета, осуществленного в MS Excel:

График полученной зависимости выглядит так:

6. Графический расчет теплового эффекта реакции при температуре 700К

Этот расчет основан на уравнении изобары . Можно построить график зависимости lnK(T) и тогда тангенс угла наклона касательной к нему в точке T=700K будет совпадать со значением

,

7. Вывод уравнения для расчета степени превращения в стехиометрической смеси и числа пробегов в нестехиометрической смеси реагентов

В случае стехиометрической смеси можно записать, что

=0.

Уравнение для константы равновесия реакции, выраженной через парциальные давления:

,

При заданных исходных количествах веществ в стехиометрической смеси

,

Если же смесь нестехиометрическая, то выражение для константы равновесия следует записать так:

.

В стехиометрической смеси можно рассчитать выход по формуле Здесь величина n задается, а рассчитывается из уравнения для константы равновесия, численное значение которой при данной температуре можно рассчитать, как показано в пункте 5.

8. Расчет зависимости степени превращения в стехиометрической смеси от температуры в интервале 500800К

Зададимся количествами веществ в стехиометрической смеси:

= 0 моль.

Тогда можно построить график функции

.

Он имеет следующий вид:

Значения , соответствующие различным температурам можно определить графически, откладывая прямые, параллельные оси абсцисс () с ординатами (f()), равными величинам констант равновесия при различных температурах, которые были рассчитаны в пункте 5. А поскольку выход в стехиометрической смеси рассчитывается как , то при заданном n = 1 выход численно равен величине при данной температуре. Полученные значения сведены в таблицу:

9. Определение направленности процесса при T=800K

Общее давление в системе poбщ = 10 атм., число моль каждого компонента в системе равно 2. Уравнение изотермы химической реакции имеет вид: Применительно к заданной реакции, протекающей при указанных условиях, можно написать:

,

Значительная отрицательная величина изобарно-изотермического потенциала G свидетельствует о термодинамической возможности протекания данной реакции в прямом направлении при заданных условиях.

10. Обсуждение результатов и вывод

В результате выполнения работы были рассчитаны основные термодинамические характеристики реакции при различных условиях.

,

Значительная величина константы равновесия уже при стандартных условиях (и соответствующее ей значительное отрицательное значение G) говорит о том, что возможно самопроизвольное протекание прямой реакции. Расчет показал, что при увеличении температуры в интервале 500800 К величина константы равновесия реакции существенно возрастает. Вместе с этим растет и степень превращения в стехиометрической смеси, правда, не столь существенно. Поскольку реакция протекает в газовой фазе, и происходит уменьшение объема смеси (как видно из стехиометрических коэффициентов), повышение давления ведет к смещению равновесия в сторону протекания обратной реакции. Исходя из этих рассуждений и проделанного расчета, можно рекомендовать проведение процесса при сравнительно высоких температурах и не очень больших давлениях.

Размещено на Allbest.ru