Материал: Некоторые аспекты химической термодинамики. Корнеева В.В., Корнеева А.Н
4. Один моль водяного пара диссоциирует по уравнению
H2O H2 |
1 |
O2 . Выражение константы диссоциации Кр че- |
|||||||
2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
и общее давление Р в системе бу- |
||||
рез степень диссоциации |
|||||||||
|
|||||||||
дет иметь вид: |
|
|
|
|
|
|
|||
1) |
Kp |
|
0,5 P |
|
; 2) |
Kp |
0,5 P ; |
||
(1 )(1 0,5 ) |
|||||||||
|
|
|
|
(1 )2 |
|||||
3) |
Kp |
|
0,5 P |
; |
|
4) |
Kp |
0,5 P . |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
||
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: 1. Вычисление термодинамических функций индивидуального вещества … в интервале 100-500 К. Исследование зависимости константы равновесия химической реакции … от температуры
2.Построение и анализ диаграммы состояния заданной
…двухкомпонентной системы.
В зависимости от подготовленности студентов, а также объѐма читаемой дисциплины, выполняется только 1-ая часть или обе части курсовой работы.
Содержание методических рекомендаций: 1 Вычисление термодинамических функций
1.1 Вычисление термодинамических функций
H0 (T) H0 (0), |
S0 (T), Ф0 (T), G0(T) G0(0) для заданного ве- |
щества… в интервале температур 100 – 500 К.
1.2Описание физических, химических свойств вещества…, применение
1.3Расчет константы равновесия реакции … двумя способами (с помощью энтропии, приведенной энергии Гиббса участников реакции) в интервале температур….
110
1.4 Вычисление среднего значения теплового эффекта реакции….
2 Построение и анализ диаграмм состояния двухкомпонентной системы….
3 Рекомендации по оформлению курсовой работы. Состав и объем курсовой работы
4 Требования к структурным элементам расчѐтнопояснительной записки (РПЗ)
5 Правила оформления текстовых документов
6 Список литературы Приложение А. Вычисление термодинамических функ-
ций индивидуального вещества Приложение Б. Расчет константы равновесия заданной
реакции Приложение В. Построение и анализ диаграммы состоя-
ния двухкомпонентной системы Приложение Г. Форма титульного листа курсовой работы
Приложение Д. Форма бланка задания на курсовую рабо-
ту
Приложение Е. Примеры библиографических описаний Приложение Ж. Пример оформления содержания Приложение И. Пример оформления рисунка
111
Введение
Основными формами занятий для изучения программного материала по дисциплинам «Химия» и «Физическая химия» являются лекции, лабораторный практикум, практические занятия, внеаудиторная самостоятельная и курсовая работы.
Настоящие методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по химической термодинамике, включающей в себя расчеты термодинамических функций индивидуального вещества в зависимости от температуры, расчеты константы равновесия реакции двумя способами в заданном интервале температур, вычисление среднего значения теплового эффекта заданной реакции (если выполняется только первая часть) и фазовый анализ диаграммы состояния двухкомпонентной системы (если выполняются обе части).
Предлагаемая методическая разработка способствует приобретению студентами практических навыков самостоятельных термохимических расчетов, расчетов констант равновесия химических реакций и тепловых эффектов, а также практического опыта в самостоятельном анализе фазовых равновесий на основе диаграммы состояния двойной системы.
1 Расчеты термодинамических функций для химических реакций и индивидуальных веществ
Одна из важнейших задач, которая решается физической химией, это определение направления и глубины протекания химической реакции. Нахождение стандартного изменения
энергии Гиббса rG0(T) и константы равновесия Kp дают решение поставленной задачи. Согласно источнику [1]
rG0 (T) RT lnKp , |
(1) |
rG0(T) r H0(T) T rS0(T), |
(2) |
следовательно,
112
где знаком стоянии, т.
0
е.
lnKp |
S |
0 |
(T) |
|
H |
0 |
(T) |
, |
(3) |
||
|
|
||||||||||
r |
R |
|
r |
RT |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
обозначены свойства веществ в стандартном со-
при давлении 1 атм (1.01325 10 |
5 |
Па); |
|
|
|
H |
0 |
(T) |
|
|||
r |
|
|
|
- стандартный тепловой эффект реакции при
данной температуре;
r S0 (T)- стандартное изменение энтропии реакции при
данной температуре.
Стандартный тепловой эффект и стандартное изменение энтропии реакции можно представить как разность этих термодинамических функций между продуктами реакции и исходными веществами с учетом стехиометрии реакции:
r H0 (T) ni[Hi0 (T) Hi0 (0) f Hi0 (0)], |
(4) |
где ni - стехиометрический коэффициент индивидуаль-
ного вещества реакции;
[Hi0 (T) Hi0 (0) f Hi0 (0)]- энтальпия индивидуального вещества реакции, в которой
Hi0 (T) Hi0 (0)- высокотемпературная составляющая
стандартной энтальпии индивидуального вещества реакции при заданной температуре;
f Hi0 (0)- энтальпия образования индивидуального вещества при 0 К,
r S0(T) niSi0(T), |
(5) |
где Si0 (T)- энтропия индивидуального вещества реакции
при заданной температуре.
С учетом вышеизложенного расчет константы равновесия можно представить формулой
lnKp |
1 |
niSi0 (T) |
1 |
ni[Hi0 (T) Hi0 (0) f Hi0 (0)] (6) |
|
R |
RT |
||||
|
|
|
С появлением электронно-вычислительной техники расчет изменения стандартной энергии Гиббса и константы рав-
113
новесия проводят с помощью функции приведенной энергии
0 |
(T) [1]: |
|
|
|
|
|
|
|
Гиббса Фi |
|
|
|
|
|
|
||
|
Фi (T) |
G0 |
(T) H0 (0) |
. |
(7) |
|||
|
i |
i |
||||||
|
0 |
|
|
|
|
|||
|
|
rG |
0 |
(T) |
T |
|
|
|
Для расчета |
через функцию приведенной энер- |
|||||||
|
||||||||
гии Гиббса выполним следующие математические операции:
rG0(T) rG0(T) r H0(0) r H0(0)
T rG0 (T) r H0 (0) r H0 (0) T rФ0 (T) r H0 (0). (8)
T
Учитывая (1), получаем соотношения
Так как ln Kp rФ0 (T) r H0 (0)
R RT
r H0 (T) ni[Hi0 (0) Hi0 (0) f Hi0 (0)]
иrФ0 (T) niФi0 (T),
то lnKp R1 niФi0 (T) RT1 ni f Hi0 (0).
(9)ni f Hi0 (0) (10)
(11)
Таким образом, получена возможность расчета константы равновесия реакции двумя способами по формулам (6) и (11), из которых видно, что последнее возможно, если известны изменение энтальпии, энтропия, приведенная энергия Гиббса всех реагентов химической реакции при данной темпера-
туре и давлении 1 атм (1.01325 105 Па). Расчет этих функций производится по формулам, обязательно включающим значения теплоемкости индивидуального вещества при данной температуре, приведенных в справочнике.
|
100 |
|
T0 |
|
Hi0 (T) Hi0 (0) |
|
Cp0i dT |
Cp0i |
dT Hi0 (100) Hi0 (0) |
|
0 |
|
100 |
|
T |
|
|
|
|
0Cp0i dT |
|
|
|
(12) |
100 |
|
|
|
|
114