Главная страница
Навигация по странице:

  • 3.6 Зависимость константы равновесия химической реакции от температуры

  • Расчёт равновесий по термическим данным

    		•

    сроп. ФКХ+СРО+doc+(2). Общие рекомендации по выполнению самостоятельной работы обучающегося


    Скачать 0.82 Mb.
    НазваниеОбщие рекомендации по выполнению самостоятельной работы обучающегося
    Дата07.02.2022
    Размер0.82 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаФКХ+СРО+doc+(2).doc
    ТипСамостоятельная работа
    #353959
    страница5 из 7
    1   2   3   4   5   6   7

    3.5 Зависимость энергии Гиббса от температуры
    3.5.1 Найти зависимость изменения энергии Гиббса от температуры

    для реакции
    ZnS + Cd = Zn + CdS
    если зависимость теплового эффекта реакции (Дж) выражается уравнением
    ΔН = -32410 – 5,567Т + 3,67∙10-3Т2
    и изменение энергии Гиббса для реакции при температуре 298 К ΔG = 41,5 кДж.
    Решение
    Зависимость энергии Гиббса от температуры выражается уравнением
    ΔG = -T∫ + TJ
    где J – постоянная интегрирования.

    Подставив в уравнение зависимости энергии Гиббса от температуры уравнение зависимости теплового эффекта химической реакции от температуры, получим
    ΔG = -T∫ + TJ
    Интегрируя уравнение, получим
    ΔG = -T∫ + TJ
    ΔG = -32410 + 5,56TlnT - 3,67∙10-3T2 + TJ
    На основании известной величины энергии Гиббса при 298 К рассчитаем постоянную интегрирования. Для этого в последнее уравнение подставим, соблюдая соответствие размерностей, величину G = - 41500 Дж, и вместо Т температуру 298 К.
    -41500 = -32410 + 5,56298ln298 - 3,67∙10-32982 + 298J
    Откуда получим

    J = 62
    Тогда уравнение зависимости энергии Гиббса от температуры для реакции будет иметь вид
    ΔG = -32410 + 5,56TlnT - 3,67∙10-3T2 + 62T

    Ответ: ΔG = -32410 + 5,56TlnT - 3,67∙10-3T2 + 62T

    3.6 Зависимость константы равновесия химической

    реакции от температуры
    3.5.2 Зависимость константы равновесия химической реакции
    MgCl2 + H2O = MgO + 2HCl
    от температуры приведено в таблице 2.20.
    Таблица 2.20 – Зависимость константы равновесия от температуры


    T, K
    800
    810
    842
    866
    894

    КР
    0,805
    1,0
    1,48
    2,03
    2,95


    Вывести уравнение зависимости константы равновесия реакции от температуры и графическим способом рассчитать тепловой эффект реакции в приведённом интервале температур.
    Решение

    Выявим характер зависимости константы равновесия от температуры в координатах lnКР - . Для этого экспериментальные данные приведём к виду

    Таблица 2.21 – Зависимость lnКР - для реакции


    ∙103
    1,25
    1,23
    1,19
    1,15
    1,12

    lnKP
    -0,22
    0
    0,39
    0,79
    1,07


    На основании таблицы 2.21 построим график в координатах lnKP- .


    Hисунок 2.2 Зависимость lnKP реакции от
    Из графика видно, для рассматриваемой системы зависимость lnКР- носит линейный характер. Тогда в общем случае зависимость константы равновесия реакции от температуры можно выразить уравнением
    lnКР = - + C
    где ΔН – тепловой эффект химической реакции

    В этом случае уравнение зависимости константы равновесия реакции от температуры можно получить как уравнение прямой, проходящей через две точки, лежащих на приведённой прямой.

    Выпишем координаты двух точек, лежащих на прямой:

    a(1/T1 = 1,12∙10-3; lnКР1=1,07); b(1/T2 = 1,25∙10-3; lnКР2= - 0,22)

    Уравнение прямой, проходящeй через две точки, лежащих на этой прямой, имеет вид
    (y – y1)/(y2 – y1) = (x – x1)/(x2 – x1)
    С учётом координат построенного графика можно записать
    (lnКР – lnКР1)/( lnКР2 – lnКР1) = (1/T – 1/T1)/( 1/T2 – 1/T1)
    Подставив численные значения координат точек, получим
    (lnКР – 1,02)/( - 0,22 – 1,07) = (1/T – 1,12∙10-3)/( 1,25∙10-3 – 1,12∙10-3)
    Решая уравнение относительно lnКР, получим
    lnКР = + 12,13

    В нашем случае тепловой эффект химической реакции не зависит от температуры в приведённом интервале температур и определяется как тангенс угла наклона (β) прямой lnКР = f( ) к оси абсцисс
    ΔН = R∙tgβ
    Величину tgβ определим из треугольника abc, как
    tgβ = = 9923
    Тогда тепловой эффект процесса реакции составит
    ΔН = 8,31∙9923 = 82460 Дж.
    Ответ: lnКР = + 12,13; 82460 Дж.
    3.7 Расчёт равновесий по термическим данным
    3.7.1 Определить константу равновесия химической реакции
    NiS(тв.) + Н2О(газ) = NiО(тв.)+ H2S(газ)
    при температуре 600, воспользовавшись справочными данными.
    Решение
    Константу равновесия реакции рассчитаем по уравнению
    lnKP = -
    Изменение свободной энергии при 600 К рассчитаем по уравнению




    где - тепловой эффект химической реакции при 298 К, Дж;

    - изменение энтропии химической реакции при 298 К, Дж/(моль∙К);

    - изменение теплоёмкости химической реакции, Дж/К.

    Рассчитаем и для химической реакции на основе справочных данных. Для этих целей из справочного приложения выпишем значения величин тепловых эффектов реакций образования ( ), энтропии из образования ( ) и коэффициенты в уравнении зависимости теплоёмкости от температуры
    СР =

    для участников реакции.
    NiS H2O NiO H2S

    - ,кДж/моль 79,5 241,81 239,74 20,60

    ,Дж/(моль∙К) 52,07 188,72 37,99 205,70

    38,7 30,0 -20,88 29,37

    26,76 10,71 157,23 15,40

    - 0,33 16,28 -
    Тогда тепловой эффект химической реакции при 298 К составит
    = (NiO) + (H2S) - (NiS) - (H2O) =

    (-239,74) + (-20,60) – (-20,60) – (-241,8) = 60,97 кДж = 60970 Дж

    Изменение энтропии для химической реакции составит
    = (NiO) + (H2S) - (NiS) - (H2O) =

    37,99 + 205,70 – 52,97 – 188,72 =1,95 Дж/К
    Изменение теплоёмкости химической реакции составит
    ∆СР= СР(NiO) + СР(H2S) - СР(NiS) - СР(H2O) =

    -20,88 + 157,23∙10-3∙T + 16,28∙105∙T-2 +

    29,37 + 15,40∙10-3∙T –

    38,70 – 26,76∙10-3∙T -

    30,00 -10,71∙10-3∙T – 0,33∙105∙T-2 =

    -60,31 + 135,17∙10-3∙T + 15,95∙105∙T-2
    После подстановки величин и в уравнение для и интегрирования уравнения получим








    Тогда

    Откуда


    Ответ: 6,72∙10-6.
    3.7.2 На основе справочных данных по методу Тёмкина-Шварцмана рассчитать константу равновесия химической реакции
    FeS(тв.) + 3Fe3O4((тв.) = 10FeO(тв) = SO2(газ)
    при температуре 1300 К.
    Решение

    Константу равновесия реакции рассчитаем по уравнению
    lnKP = -

    Изменение энергии Гиббса химической реакции по методу Тёмкина-Шварцмана рассчитывается по уравнению

    где - тепловой эффект химической реакции при 298 К, Дж;

    - изменение энтропии химической реакции при 298 К, Дж/(моль∙К);

    - коэффициенты в уравнении зависимости изменения теплоёмкости химической реакции от температуры ;

    - коэффициенты, зависящие только от температуры.
    Рассчитаем и для химической реакции на основе справочных данных. Для этих целей из справочного приложения выпишем значения величин тепловых эффектов реакций образования ( ), энтропии из образования ( ) и коэффициенты в уравнении зависимости теплоёмкости от температуры
    СР =

    для участников реакции.
    FeO SO2 Fe3O4 FeS

    - , кДж/моль 264,85 296,90 1117,13 96,03

    , Дж/(моль∙К) 60,75 248,07 146,19 60,29

    50,80 46,19 86,27 50,42

    8,61 7,87 208,92 11,42

    3,31 -7,7 - -
    Тогда тепловой эффект химической реакции при 298 К составит
    = 10 (FeO) + (SO2) – 3 (Fe3O4) - (FeS) =

    10(-264,85) + (-295,90) – 3(-1117,13) – (-96.03) = 502,02 кДж = 502020 Дж

    Изменение энтропии для химической реакции составит
    = 10 (FeO) + (SO2) – 3 (Fe3O4) - (FeS) =

    10∙60,73 + 248,07 – 3∙146,19 – 60,29 = 356,11 Дж/К
    Изменение теплоёмкости химической реакции составит
    ∆СР=10СР(FeO) + СР(SO2) – 3СР(Fe3O4) – СР(FeS) =

    10∙50,80 + 10∙8,61∙10-3∙T -10∙3,3∙105∙T-2 +

    46,19 + 7,87∙10-3∙T –7.70∙105∙T-2-

    3∙86,27 – 3∙208,92∙10-3∙T –

    50,42 -11,42∙10-3∙T =

    244,06 – 544,21∙10-3∙T – 40,80∙105∙T-2
    Таким образом, имеем
    244,06; = -544,21∙10-3; = - 40,80∙105
    Из приложения находим
    Мо = 0,7091; М1= 0,3860∙103; М-2 = 0,3340∙105
    После подстановки численных значений в уравнение Тёмкина – Шварцмана получим


    кДж
    Тогда

    lnKP =
    Откуда

    КР =
    Ответ: 4,93∙10-5
    1   2   3   4   5   6   7

    написать администратору сайта