физхимия. ФХ_74 (1). Определите состав реакционной смеси до и после реакции. Составьте таблицу материального баланса

• Название: Определите состав реакционной смеси до и после реакции. Составьте таблицу материального баланса
• Анкор: физхимия
• Дата: 21.12.2021
• Размер: 40.67 Kb.
• Имя файла: ФХ_74 (1).docx
• Тип: Документы; #312448

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. 
   Определите состав реакционной смеси до и после реакции. Составьте таблицу материального баланса.
   
2. 
   Рассчитайте ΔН⁰₂₉₈, ΔS⁰₂₉₈, ΔG⁰₂₉₈ химической реакции. Возможно ли осуществить реакцию при 473 К?
   
3. 
   Определите скорость и время реакции с учетом степени превращения и выхода продукта.
   
4. 
   Определите рН среды после реакции.
   

ВАРИАНТЫ СЕМЕСТРОВЫХ ЗАДАНИЙ ДЛЯ II СЕМЕСТРА

Вариант

Реакция

Содержание растворен- ного компо- нента в рас- творе

Объем рас- твора ком- понента V, л

Масса рас- твора ком- понента m, кг

Плотность раствора компонента , г/ мл

Степень конверсии,

Выход продукта реакции η , %

Константа скоро- сти реакции К, л/(моль мин) при

А

В

А

В

А

В

А

В

А

В

Т2

Т1

46

H3PO4+NaOH H2NaPO4+H2O

4н

4М

2

-

-

2,1

1,23

1,21

0,80

-

-

3,0

25 оС k =0,7

-

Задание1

Определите состав реакционной смеси до и после реакции с учетом выхода продуктов реакции. Составьте таблицу материальногобаланса.

Дано:

1 Химическая реакция для расчета материального баланса

H₃PO₄+NaOH H₂NaPO₄+H₂O

2. Характеристики исходных растворов

С_н H₃PO₄) = 4 моль/л; V_р-ра(H₃PO₄) = 2 л; _р-ра(H₃PO₄) = 1,23 г/мл; α = 0,80.

С_М(NaOH) = 4 моль/л; m_р-ра(NaOH) = 2,1 кг; ρ_р-ра(NaOH) = 1,21 г/мл;

Проведем расчет веществ приходящих в реакцию (Исходные вещества) Приход:

Проведем расчет веществ образовавшихся в реакции (Продукты реакции) Расход:

Масса приходящего раствора H3PO4: mр-ра(H3PO4) = Vр-ра(H3PO4)·ρр-ра(H3PO4) = 2000·1,23 = 2460 г. Количество H3PO4 в приходящем растворе: ν(H3PO4) = Сн(H3PO4)·fЭ(H3PO4)·Vр-ра(H3PO4) = 4·1·2= 8 моль. Масса H3PO4 в приходящем растворе: m(H3PO4) = ν(H3PO4)·M(H3PO4) = 8·98 = 784 г. Масса воды в приходящем растворе хлорида аммония H3PO4: m(H2O) = 2460 – 7840= 1676 г. Объем приходящего раствора щелочи (NaOH): Vр−ра(NaOH)= mр−ра(NaOH)/ρр−ра(NaOH)=2100/1,21=1735,54 мл. Масса вещества NaOH в приходящем растворе: m(NaOH) = СМ(NaOH)·М(NaOH)·Vр-ра(NaOH) = 4·40·1,74 = 278,4 г. Количество NaOH в приходящем растворе: ν(NaOH)=m(NaOH)/М(NaOH)=278,4/40=6,96 моль Масса воды в растворе щелочи: m(H2O) = 1600 – 278,4 = 1321,6 г. Количество прореагировавшего H3PO4 с учетом его степени конверсии: ν(H3PO4)прор = ν(H3PO4)·α(H3PO4) = 8·0,80 = 6,4 моль. Количество непрореагировавшего H3PO4: ν(H3PO4)непрор = 8 – 6,96 = 1,04 моль. Масса непрореагировавшего H3PO4: m(H3PO4)непрор = ν(H3PO4)непрор· M(H3PO4) = 1,04·98 = 101,92 г. Количество непрореагировавшего NaOH: ν(NaOH)непрор = 6,96 – 6,4 = 0,56 моль. Масса непрореагировавшего NaOH: m(NaOH)непрор = ν(NaOH)непрор· M(NaOH) = 0,56·40 = 22,4 г.

Масса образовавшегося H2NaPO4: m(H2NaPO4) = ν(H2NaPO4)·M(H2NaPO4) = 6,4·120 = 768 г. Масса образовавшейся воды: m(H2O) = ν(H2O)·M(H2O) = 6,4·18 = 115,2 г.

Материальные баланс

Состав реакционной смеси		Приход			Состав реакционной смеси			Расход
		m, г	моль	ω, %				m, г		моль		ω, %
1.	H3PO4	784	8	19,3	1.	H3PO4	156,8		1,6		3,8
2.	NaOH	278,4	6,96	6,9	2.	NaOH	22,4		0,55		0,56
3.	H2O, в том числе:	2997,6	166,53	74	3.	H2NaPO4	768		6,4		18,9
	с раствором H3PO4	1676			4.	H2O, в том числе:	3112,8		172,9		76,7
	с раствором NaOH	1321,6				реакционной	115,2
						из исходных растворов	2997,6
	Итого (сумма п.п. 1+2+3)	4060	181,49	100		Итого:	4060		181,45		100

* - количество молей приходной и расходной частей могут бытьнеравными.

Задание 2.

Рассчитайте энергию Гиббса, энтальпию, энтропию данного процесса при температуре 298 К. Возможна ли данная реакция при температуре 473 К?

1. 
   Определяем энтальпию данной реакции при Т=298 К:
   

-1544,90-285,83+1266,90+426,35=-137,48 кДж/моль.

2. 
   Определяем энтропию данной реакции при Т=298 К:
   

3. 
   Определяем энергию Гиббса при Т = 298 К:
   

ΔG⁰₂₉₈ = ΔН⁰₂₉₈ - ТΔS⁰₂₉₈

ΔG⁰₂₉₈ = –137,48 – 298·(–67,74·10^–3) = –117,29 кДж/моль.

Так как ΔG⁰₂₉₈ <0, то данная реакция возможна при температуре Т=298 К.

ΔG⁰₄₇₃ = –137,48 – 473·(–67,74·10^–3) = –105,44 кДж/моль.

При Т=473 К данная реакция также возможна.
Задание 3. Определите скорость и время реакции с учетом выхода продукта. Константа скорости реакции К=0,7 л/(моль·мин).

1. 
   Масса раствора после реакции:
   

m_р-ра = m_р-ра(H₃PO₄)+m_р-ра(NaOH) = 2460+2100= 4560 г.

Так как концентрации веществ в растворе незначительны, то плотность раствора принимаем за 1 г/мл, отсюда:

V_р-ра = 4,56 л.

Время реакции:



где К – константа скорости реакции; С_А, С_В – начальные концентрации реагирующих веществ, моль/л; Х_А, Х_В – количество молей реагирующих веществ, вступивших в реакцию к моменту времени .

2. 
   Концентрация веществ до реакции:
   

С(H3PO4)=ν/V=8/4,56=1,74 моль/л
С(NaOH)=ν/V=7/4,56=1,54 моль/л

3. 
   Концентрация веществ после реакции:
   

С(H3PO4)=ν/V=1,04/4,56=0,23 моль/л
С(NaOH)=ν/V=0,56/4,56=0,12 моль/л

4. 
   Время реакции:
   

τ=(2,303/0,7)∙(1/(1,74−1,54))∙(1,54∙0,23/1,74∙0,12)=27,97 мин

5. 
   Скорость реакции по H₃PO_4:
   

ϑ=ΔC/Δτ=1,74−0,23/27,97=0,054 моль/(л∙мин)
Задание 4. Определите рН среды после реакции.

После завершения реакции в растворе присутствуют вещества: H₃PO_4, NaOH, H₂NaPO₄. На реакцию среды могут влиять NaOH, H₂NaPO<sub>4 и

H3</sub>PO<sub>4.

H3</sub>PO_{4 и} H₂NaPO_{4 образуют буферный раствор слабой кислоты и ее соли, рН которых определяется уравнением:}





Рассчитаем общую концентрацию буферного раствора:



Рассчитаем буферную ёмкость этого раствора:



Найдем концентрацию NaOH в растворе и как он изменяет рН буферного раствора:





Таким образом, рН раствора:

рН_р-ра = рН + ΔрН = 2,94+0,2 = 3,14.

Среда кислая