Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
Министерство науки иобразования Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" Березниковский филиал Кафедра химической технологии и экологии Расчетная работа Основы физической химии 2010 1. Задание. Определить ∆Н, ∆U, ∆S, ∆F, ∆G реакции при постоянном давлении р = Справочные материалы. ∆ кДж/моль Дж/моль*К ∆ кДж/моль Коэффициенты уравнения 1.1Расчет теплового эффекта реакции Расчет теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях (DH): ∆ ∆ Вывод: В стандартных условиях данный процесс является экзотермический, реакция идет с выделением тепла. Расчет теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре(DH): ∆с=0, т.к. все вещества неорганические ∆ ∆a = ∆b = ∆ ∆ Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект реакции изменился на 6,17 кДж, реакция осталась экзотермической. Расчет теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях(DU): ∆Н=∆U+p∆V; ∆U=∆H-p∆V p∆V=∆nRT ∆U=∆H-∆nRT ∆n=∆ R=8,314 Дж/моль*К ∆U(298)=-578,56-(-3)*0,008314*298=-571,13 кДж Вывод: В изохорно-изотермическом процессе, при стандартных условиях реакция протекает с выделением тепла, т.е. процесс экзотермический. Расчет теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре (DU): ∆U(450)=-572,39-(-3)*0,008314*450=-561,17 кДж Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект данной реакции в изохорно-изотермическом процессе уменьшился на 9,96 кДж, реакция идет с выделением тепла. 1.2 Определение направления протекания химического процесса Определение направления протекания реакции в изолированной системе (DS): а) в стандартных условиях: ∆ ∆ Вывод: При взаимодействии оксида алюминия с оксидом серы (VI) в изолированной системе получилось, что ∆S<0, поэтому процесс невозможен. б) при заданной температуре: ∆с=0, т.к. все вещества неорганические ∆ ∆ Вывод: При увеличении температуры на 152 К энтропия увеличилась на 16,466 Дж, но осталась отрицательной. В изолированной системе процесс невозможен. Расчет изобарно-изотермического потенциала (DG): а) в стандартных условиях ∆ ∆ Вывод: При взаимодействии оксида алюминия с оксидом серы (VI) в стандартных условиях ∆G<0, поэтому процесс самопроизвольный. ∆ ∆ % ош.=((-405,13+405,19)/(-405,13))*100=0,01% , т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода. Вывод: В закрытой системе изобарно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ∆G<0. б) при заданной температуре ∆ ∆ При увеличении температуры на 152 К, энергия Гиббса увеличилась на 87,194 кДж, отсюда следует, что чем больше температура, тем больше энергия Гиббса. В закрытой системе изобарно-изотермический процесс остался самопроизвольным, т.к. ∆G<0. Дальнейшее повышение температуры не выгодно, т.к. ∆G стремится к нулю и процесс от самопроизвольного перейдет в равновесный, а затем в не самопроизвольный. Расчет изохорно-изотермического потенциала (DF): а) в стандартных условиях 1 способ: ∆F = ∆U-T∆S ∆F(298)=-571130-298*(-581,79)=-397,76 кДж 2 способ: ∆F(298)=∆G-∆nRT ∆F(298)=-405,13-(-3)*298*0,008314=-397,7 кДж %ош.=((-397,76+397,7)/(-397,76))*100=0,02%, т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода. Вывод: В закрытой системе при стандартных условиях изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ∆F<0. б) при заданной температуре 1 способ: ∆F(450)= -561170-450*(-565,32)=-306,78 кДж 2 способ: ∆F(450)=-317,996-(-3)*450*0,008314=-306,78 кДж %ош.=((-306,78-306,78)/(-306,78))*100=0%, т.к процент ошибки равен нулю, следовательно, можно использовать для расчета оба метода. Вывод: При увеличении температуры энергия Гельмгольца увеличилась. В закрытой системе изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно. Вывод: С увеличением температуры тепловые эффекты изобарно-изотермического и изохорно-изотермического процессов увеличились. В данной работе ∆Н, ∆S, ∆G получились отрицательными, отсюда следует, что процесс протекает самопроизвольно, но при невысоких температурах. При увеличении температуры энергия Гиббса и энергия Гельмгольца увеличились, значит система стремиться к равновесию (в условиях равновесия ∆F, ∆G достигают минимума). 2. Задание: Определить ΔH, ΔU, ΔS, ΔF, ΔG, реакции при постоянном давлении P=1.013 * 105
Па. СdO(
т
)
+ H2
SO4
(
ж
)
= CdSO4 (
т
)
+ H2
O (
г
)
Реакция протекает при температуре 511 градусов Цельсия . Исходные данные ΔHf˚
298
кДж/моль S˚
298
Дж/моль*К ΔGf˚
298
кДж/моль Ср298
Дж/моль*К Коэф. уравнения Ср
˚
= f(T) 2.1 Расчёт теплового эффекта реакции Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях ΔНr
˚
(298)
= (ΔНf
˚
(298)
CdSO
4
+ ΔНf
˚
(298)
H
2
O
) – (ΔНf
˚
(298)
CdO
+ ΔНf
˚
(298)
H
2
SO
4
) ΔНr
˚
(298)
= (-934,41 – 241,81) – (-258,99 – 813,99) = -103,24 кДж. Вывод: При реакции в стандартных условиях ,произошло выделение тепла в количестве 103,24 кДж как следствие реакция является экзотермической. Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре ΔH(T)
= ΔНr
˚
(298)
+ Δa = ( ΔaCdSO
4
+ ΔaH
2
O
)- ( ΔaCdO
+ ΔaH
2
SO
4
) Δa = (77,32+30,00) – (48,94+156,90) = -97,82 ; Δb = (ΔbCdSO
4
+ ΔbH
2
O
)- (ΔbCdO
+ ΔbH
2
SO
4
) Δb = (77,40+10,71) – (6,38+28,30) = 53,43 * 10-3
Δc΄ =( Δc΄CdSO
4
+ Δc΄H
2
O
)- (Δc΄CdO
+ Δc΄H
2
SO
4
) Δc΄ = (0 + 0.33) – (-4,90-23,46) = 28,69 * 105
Δc = 0, т.к. все вещества неорганические. ΔH(511)
= -103,24 * 103
+ = -103,24 * 103
+ (-97,82) * (511-298) + Вывод: Увеличение температуры привело к увеличению количества теплоты выделившегося в следствии реакции. Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях ΔU = ΔН – ΔnRT Δn = Δnкон.
– Δnнач
Δn=1-0=1 Газовая постоянная R = 8.314 Дж/моль*К ΔU(298)
= ΔНr
˚
(298)
–Δn*R*T ΔU(298)
= -103,24 * 103
-1 * 8,314 * 298 = -103240 – 2477,57 = -105,72 кДж. Вывод: Внутренняя энергия реакции в изохорном процессе составила 100,76 килоджоуля. Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре ΔU(511)
= ΔНr
˚
(511)
–Δn*R*T ΔU(511)
= -115,42 * 103
- 1 * 8,314 * 511 = -115420– 4248,45= - 119,67 кДж. Вывод: Как и в изобарном процессе увеличение температуры приводит к увеличению внутренней энергии реакции на 18,91 кДж. 2.2 Определение направления протекания химического процесса Определение направления протекания данной реакции в изолированной системе Определение направления протекания реакции в стандартных условиях ΔS˚
(298)
= (S(298)
Cd SO4
+ S(298)
H2O
) – (S(298)
Cd O
+ S(298)
H2SO4
) ΔS˚
(298)
=(123,05+188,72)-( 54,81+156,90)= 100,06 Вывод: Так как энтропия S больше ноля 100,06>0 то процесс реакции в изолированной системе протекает самопроизвольно без внешнего воздействия. Определение направления протекания реакции при заданной температуре. ΔS(
T
)
= ΔS˚
(298)
+ ΔS(511)
= 100,06 + Вывод: Изменение температуры привело к увеличению энтропии по сравнению с процессом при стандартных условиях . Следовательно повышение температуры ведёт к увеличению неупорядоченности и увеличению количества соударений молекул при реакции. Определение направления протекания химического процесса в закрытой системе Расчёт изобарно – изотермического потенциала в стандартных условиях ΔGr
˚
(298)
= (G(298)
Cd SO4
+ G(298)
H2O
) – (G (298)
Cd O
+ G(298)
H2SO4
) ΔGr
˚
(298)
= (-823,88 – 228.61) – (-229,33 – 690.14) = -133,02 кДж/моль. Вывод: Изобарно – изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ΔGr
˚
< 0 ; -133,02<0 . Произведем расчет изобарно – изотермического потенциала по другой формуле: ΔGr
˚
(298)
= ΔНr
˚
(298)
- Т* ΔS˚
(298)
ΔGr
˚
(298)
= -103,24 * 103
– 298 * 100,06 = -133,06 кДж/моль. Найдем процент ошибки: % ошибки = Расчет можно производить любым способом, т.к. процент ошибки не существенен. Расчёт изобарно – изотермического потенциала при заданной температуре ΔGr
˚
(511)
= ΔНr
˚
(511)
- Т* ΔS˚
(511)
ΔGr
˚
(511)
= -119,46 * 103
– 511 * 121,66 = -181,63 кДж/моль. Вывод: Увеличение температуры никак не повлияло на процесс реакции в закрытой системе, она по прежнему идёт самопроизвольно ΔGr
˚
< 0; -181,63<0. Расчёт изохорно – изотермического потенциала в стандартных условиях. ΔF(298)
= ΔU(298)
– T* ΔS˚
(298)
ΔF(298)
= -105,72 * 103
– 298 * 100,06 = -135,53 кДж. Вывод: Изохорно – изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ΔF< 0 ; -135,53<0 Расчёт изохорно – изотермического потенциала при заданной температуре ΔF(511)
= ΔU(511)
– T* ΔS˚
(511)
ΔF(511)
= - 123,70 * 103
– 511 *121,66 = -185,87кДж. Вывод: Изменение температуры привело к уменьшению потенциала по сравнению с процессом при стандартных условиях, а это означает что глубина реакции в закрытой системе увеличилась ΔF< 0 ; -185,87>0. Вывод Рассмотренная реакция оксида кадмия и серной кислоты идёт самопроизвольно на это указывают все характеристики реакции, а рассмотренное увеличение температуры реакции её ничуть не замедляет. Всё это позволяет сделать вывод о том что увеличение температуры реакции позволяет увеличить её глубину и полноту. При этом реакция останется самопроизвольной.
|