Материал: Некоторые аспекты химической термодинамики. Корнеева В.В., Корнеева А.Н
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
T Cp |
dT , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Si (T) Si |
(100) |
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(13) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ф0 |
(T) |
G0 |
(T) H0 |
(0) |
|
H |
0 |
(T) TS0 (T) H0 |
(0) |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
i |
|
i |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cp0 |
|
|
|
|
|
|||||
Si0 (T) |
|
H0 |
(T) H0 (0) |
Si0 |
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
i |
|
|
i |
|
|
(100) |
|
|
|
i |
dT |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
T |
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
T |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hi |
(100) |
Hi |
(0) |
|
Cp dT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(14) |
|||||||
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
G0 |
(T) G0 |
(0) H |
0 (T) H0 (0) TS0 |
(T) H0 |
(100) H0 |
|
(0) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
|
i |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
Cp0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cp0 |
dT TSi0 (100) T |
i |
dT . |
(15) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
i |
|
|
|
|
|
|
100 |
T |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В первом разделе курсовой работы (п.1.1) предлагается для заданного вещества, используя табличные значения
Cp0i (T) и Si0(100), и Hi0(100) Hi0(0), данные в справочном
издании «Термодинамические свойства индивидуальных веществ» рассчитать приведенные выше функции для темпера-
тур 200; 300; 400; 500 К.
Чтобы обеспечить точность вычисления термодинамических функций индивидуального вещества при указанных температурах с ошибкой ~1 %, стоградусный интервал, с которым приведены теплоемкости в справочном издании], разбивается на четыре равные части, и проводятся вычисления функций
Cp0 и Cp0 /T с шагом 25 К, что достигается с помощью ап-
проксимирующих уравнений (интерполяционный многочлен и сплайн-функции).
Численное интегрирование (12)-(15) осуществляется методом Ньютона-Котеса:
115
7
x |
4 |
f (x)dx |
2h |
[7f (x |
|
) 32f (x |
)12f (x |
|
) 32f (x |
|
) |
|||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
0 |
2 |
3 |
||||||||||
|
|
|
|
45 |
|
1 |
|
|
|
|||||
x |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(x |
4 |
)] |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(16)
где h- шаг аргумента (h=100 К), h |
x |
4 |
x |
0 |
; |
|
|
||||
|
|
4 |
|
||
|
|
|
|
|
x0 - наименьшее значение аргумента (при 100 К);
xi - значение аргумента, при котором вычисляется значение функции в равноотстоящих точках, т.е. Cp0 (200), Cp0 (300)
и т.д.
Программа вычислений имеется в компьютерном классе. Полученные значения термодинамических функций сравниваются с данными в справочном издании]. Показано на
конкретном примере, что величина ошибки расчета ~ 1%. Для выполнения курсовой работы каждый студент полу-
чает у преподавателя конкретное индивидуальное вещество, проводит расчет его термодинамических функций ) по готовой программе по формулам (12)-(15 (см. выше), дает описание его физических, химических свойств и применения (п.1.2 курсового задания). Кроме того, каждому студенту выдается индивидуально химическая реакция для расчета константы равновесия двумя способами по формулам (6) и (11) в заданном температурном интервале (п.1.3 курсового задания) и анализа полученных результатов, представляемых в виде таблицы
Таблица – Вычисленных тепловых эффектов, lnKp, Kp
T К |
1/T |
ni[Hi0 (T) |
I спо- |
II |
Kp |
|
х10-3 |
Hi0 (0) f Hi0 (0)] |
соб |
способ |
|
|
К-1 |
lnKp |
lnKp |
|
|
|
|
кДж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
116 |
|
|
|
и графика в координатах lnKp |
|
1 |
|
f |
|
. |
|
|
T |
|
|
По полученной графической зависимости
lnK |
|
|
|
1 |
p |
f |
|
||
|
|
T |
||
|
|
|
||
рассчитывается среднее значение теплового эффекта химической реакции
r H0 (T)среднее Rtg , |
(17) |
где - угол наклона полученной зависимости; а также делается вывод о характере заданной реакции, возможности увеличения выхода продукта, т.е. смещения равновесия.
Примеры расчетов приведены в приложениях А и Б.
2 Построение и анализ диаграмм состояния двухкомпонентных систем
Это второй раздел расширенного курсового задания, в котором на основании данных состав-температура выпадения первых кристаллов требуется построить диаграмму состояния двухкомпонентной системы, или, имея последнюю в готовом виде, определить тип диаграммы состояния, дать фазовый состав всех ее областей, выражая состав системы как в массовых, так и атомных (молекулярных) процентах или долях. По диаграмме состояния необходимо установить формулы химических соединений, если таковые имеются на заданной диаграмме; указать температуру начала и конца кристаллизации для расплава заданного состава системы, определить природу и состав первых выпавших кристаллов из расплава заданного состава, а также состав последних капель расплава; по правилу рычага рассчитать массы равновесных фаз для заданного состава системы при данной температуре, если известна масса исходного сплава; найти число степеней свободы в заданных точках системы; нарисовать кривую охлаждения для заданного состава системы и дать полное описание процесса охлаждения.
117
Формулы для пересчета массовых процентов в атомные (молекулярные) и атомных (молекулярных) в массовые имеют вид:
ат.%А |
|
|
|
|
|
масс.%А/ моляр.массаА |
|
100 |
(18) |
масс.%А/ моляр.массаА масс.%В/ моляр.массаВ |
||||
масс.%А |
|
|
|
|
|
ат.%А моляр.массаА |
100 |
(19) |
|
ат.%А моляр.массаА ат.%В моляр.массаВ |
||||
Расчет формул химических соединений, если таковые имеются на диаграмме состояния двойной системы, состоящей из компонентов А и В, состав которой задан в атомных про-
центах, осуществляется следующим образом: |
|
химическое соединение АmBn |
(20) |
m:n= атомный %А : атомный %В. |
3 Рекомендации по оформлению курсовой работы Состав и объем курсовой работы
Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки (РПЗ) с иллюстративным графическим материалом, размещенным по разделам работы.
Расчетно-пояснительная записка объемом от 15 до 30 страниц содержит:
-титульный лист
-задание на курсовую работу;
-лист «Замечания руководителя»;
-содержание;
-введение;
-основную часть (расчетную, исследовательскую);
-заключение;
-список литературы;
-приложения (при необходимости).
118
4 Требования к структурным элементам РПЗ
4.1Титульный лист является первой страницей РПЗ и оформляется в соответствии с приложением В.
Примечание – Допускается на титульном листе приводить сокращения ученых степеней, ученых званий руководителя и членов комиссии.
4.2Задание на курсовую работу оформляют в соответствии с обязательным приложением Г.
Заполнять формы бланков приложений В, Г необходимо четким почерком тушью, чернилами или пастой только одного цвета (черного, синего или фиолетового).
4.3Содержание включает введение, наименование всех разделов, подразделов, пунктов (если они имеют наименование), заключение, список литературы, наименование приложений с указанием номеров страниц, с которых начинаются эти элементы расчетно-пояснительной записки.
4.4Список литературы должен содержать сведения об источниках, использованных при составлении расчетнопояснительной записки. Примеры библиографических описаний даны в Приложении Д.
5Правила оформления текстовых документов
5.1Общие требования
5.1.1Страницы текстовых документов и включенные в них иллюстрации, таблицы должны соответствовать формату А4 (297x211 мм).
5.1.2Текст выполняется с использованием компьютера и принтера - в редакторе Microsoft Word: шрифт Times New Roman, размер-14, цвет шрифта - черный, междустрочный интервал - полуторный, отступ первой строки (абзацный отступ) 1,25 см, выравнивание текста - по ширине, расстановка переносов по тексту – автоматическая и напечатан на принтере в режиме качественной печати.
119