Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Химического процесса

Читайте также:
  1. II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССАМ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И РЕМОНТА ДЕТАЛЕЙ
  2. II. Определение для каждого процесса изменения внутренней энергии, температуры, энтальпии, энтропии, а также работы процесса и количества теплоты, участвующей в процессе.
  3. IV. Участники образовательного процесса
  4. Macr; Новые модификации процесса получения синтез-газа.
  5. V. ОРГАНИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
  6. А, В, С, Е, К, М — участники инновационного процесса, О — ограничение пропускной способности канала, линии АВ, ВС, СЕ, ЕК, КМ, МВ— коммуникационные каналы
  7. Автоматизация процесса сжигания газа
Помощь в написании учебных работ
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь

1. Восстановление природного минерала магнетита Fe3O4 оксидом углерода (2) осуществляется в производственных условиях по реакции

Fe3O4(к) + CO(г) = 3FeO(к) + CO2(г).

Определите изменение энергии Гиббса и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этого процесса при стандартных условиях.

Решение. Изобарно-изотермический потенциал термодинамической системы или энергия Гиббса G отражает общую движущую силу процесса, т.е. обозначает ту часть полной энергии системы (Н), которая полностью и без остатка может превратиться в полезную работу (собственно химический процесс). Изменение энергии Гиббса ΔG (при Т = Const и P = Const) в сторону её уменьшения (ΔG < 0) указывает на меру химической активности системы: чем больше |ΔG|, тем сильнее стремление к протеканию процесса и тем дальше он отстоит от состояния равновесия. Энергия Гиббса является функцией состояния и поэтому к ней применим закон Гесса:

ΔGх.р. = ∑ΔGобр(прод) - ∑ΔGобр(реаг).

Применив данное выражение к уравнению процесса восстановления двойного оксида железа Fe3O4 при стандартных условиях, получим:

ΔG0х.р. =[ 3·ΔG0обрFeO(к) + ΔG0обрCO2(г)] – [ΔG0обрFe3O4(к) + ΔG0обрCO(г)].

Используя таблицу Приложения № 1, установим значения ΔG0обр продуктов реакции и реагентов:

ΔG0обрFeO(к) = -244,3 кДж/моль; ΔG0обрCO2(г) = -394,38 кДж/моль; ΔG0обрFe3O4(к) = -1014,20 кДж/моль; ΔG0обрCO(г) = -137,27 кДж/моль.

Подставив найденные значения в выражение для ΔG0х.р. и произведя расчеты, получим:

ΔG0х.р. = [3·(-244,3) + (-394,38)] – [(-1014,20) + (-137,27)] = 24,19 (кДж/моль).

Расчеты показали, что ΔG0х.р.> 0, это означает невозможность протекания данного процесса при стандартных условиях.

Ответ: при стандартных условиях процесс самопроизвольного восстановления двуоксида железа оксидом углерода (2) неосуществим, т.к. ΔG0х.р.> 0.

 

2.Объясните, почему при стандартных условиях не протекает экзотермическая реакция Н2(г) + СО2(г) = СО(г) + Н2О(ж), ΔH1 = -2,85 кДж/моль; но протекает реакция

2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г), ΔH2 = -113,74 кДж/моль.

Решение. Согласно первому закону термодинамики связь между энтальпией и энергией Гиббса химического процесса выражается уравнением: ΔH = ΔG + ТΔS. Отсюда ΔG = ΔH – ТΔS. Рассчитаем изменение энергии Гиббса обоих процессов, используя для расчета изменения энтропий ΔS данные таблицы Приложения № 1.

Для первой реакции получим:

ΔS0х.р.(1) = S0обрСО(г) + S0обрН2О(ж) - S0обрН2(г) - S0обрСО2(г) и

ΔS0х.р.(1) = (197,91 + 69,94 – 130,59 – 213,65) Дж/моль·К = -76,39 Дж/моль·К.

Для второй реакции результат будет следующим:

ΔS0х.р.(2) = 2·S0обрNO2(г) - 2· S0обрNО(г) - S0обрО2(г) и

ΔS0х.р.(2) = (2·240,46 - 2·210,20 – 205,03) Дж/моль·К = -144,51 Дж/моль·К.

Теперь рассчитаем изменение энергии Гиббса при Т = 298К для этих реакций:

ΔG0х.р.(1) = ΔH1 - ТΔS0х.р.(1) и

ΔG0х.р.(1) = -2,85 кДж/моль – 298К·(-76,39·10-3 кДж/моль·К) = 19,91 кДж/моль;

ΔG0х.р.(2) = ΔH2 - ТΔS0х.р.(2) и

ΔG0х.р.(2) = -113,74 кДж/моль – 298К·(-144,51·10-3 кДж/моль·К) = -70,68 кДж/моль.

Как свидетельствуют результаты расчетов, ΔG0х.р.(1) > 0 и, значит, этот процесс самопроизвольно протекать не будет, зато ΔG0х.р.(2) < 0, что свидетельствует о самопроизвольности процесса при стандартных условиях.

Ответ: при стандартных условиях не протекает реакция восстановления диоксида углерода водородом, т.к. для неё ΔG0х.р. > 0, но возможна реакция окисления оксида азота (2) кислородом, сопровождающаяся уменьшением энергии Гиббса ΔG0х.р.(2) < 0.

 

3. Определите возможность самопроизвольного протекания процесса алюмотермии

Fe2O3(к) + 2Al(к) = Al2O3(к) + 2Fe(к)

при 298К и 500К и стандартном состоянии всех веществ. Установите минимальную температуру, выше которой указанный процесс протекает самопроизвольно.

Решение. Для расчета ΔG0х.р. используем закон Гесса:

ΔG0х.р. = [ΔG0обрAl2O3(к) + 2·ΔG0обрFe(к)] – [ΔG0обрFe2O3(к) +2·ΔG0обрAl(к)].

При этом учтем, что ΔG0обрFe(к) = ΔG0обрAl(к) = 0, а по данным таблицы Приложения № 7 ΔG0обрAl2O3(к) = -1580,00 кДж/моль; ΔG0обрFe2O3(к) = -740,98 кДж/моль. Подставив найденные значения и произведя расчеты, получим:

ΔG0х.р. = [-1580,00 – (-740,98)] кДж/моль = -839,02 кДж/моль.

Для расчета ΔG500х.р. воспользуемся первым законом термодинамики

ΔG500х.р. = ΔH500х.р. – ТΔS500х.р. При этом в соответствии указанию условия задачи (все вещества находятся в стандартном состоянии) используем табличные значения ΔH0 и ΔS0 реагентов и продуктов при 298К:

ΔH0обрAl2O3(к) = -1676,00 кДж/моль; ΔH0обрFe2O3(к) = -822,16 кДж/моль; S0обрAl2O3(к) = 50,94 Дж/моль·К; S0обрFe2O3(к) = 89,96 Дж/моль·К; S0обрAl(к) = 42,69 Дж/моль·К; S0обрFe(к) = 27,15 Дж/моль·К.

Подставим эти значения в выражения для ΔH500х.р. и ΔS500х.р. и произведем расчеты:

ΔH500х.р. = ΔH0обрAl2O3(к) - ΔH0обрFe2O3(к); ΔH500х.р. = [-1676,00 – (-822,16)] кДж/моль = -853,84 кДж/моль.

ΔS500х.р. = [S0обрAl2O3(к) + 2·S0обрFe(к)] – [S0обрFe2O3(к) + 2· S0обрAl(к)]; ΔS500х.р. = (50,94 + 2·27,15) – (89,96 + 2·42,69) Дж/моль·К = -70,10 Дж/моль·К.

Теперь находим ΔG500х.р., выражая ΔS500х.р. в кДж/моль·К:

ΔG500х.р. = [-853,84 - 500·(-70,10·10-3)] кДж/моль = -818,79 кДж/моль.

Чтобы найти минимальную температуру, выше которой процесс протекает самопроизвольно, применим к системе условие Т = 0К и тогда ΔG0х.р. = ΔН0х.р.< 0. Таким образом, даже при отрицательных значениях температуры (а такие значения практически недостижимы) реакция будет протекать самопроизвольно.

Чтобы установить верхний предел температуры, при которой процесс перестает быть самопроизвольным, применим условие состояния химического равновесия: ΔG = 0 и ΔH = ТΔS, откуда Т = .

Подставим в полученное выражение найденные значения ΔH500х.р. и ΔS500х.р. и, произведя расчеты, получим: Т = = 12180 К.

Таким образом, только при очень высокой температуре (Т≥12180 К) процесс алюмотермии невозможен.

Ответ: при 298К и 500К процесс восстановления оксида железа (3) алюминием протекает самопроизвольно, т.к. ΔG298х.р.< 0 и ΔG500х.р.< 0. Самопроизвольность процесса обеспечивается уже при температуре 0К и прекращается при температуре выше 12180К.

 

4.Определите стандартное изменение энергии Гиббса реакции

COCl2(г) <=> CO(г) + Cl2(г), если при температуре 885К разложилось 70% фосгена, взятого при начальном давлении 100 кПа.

Решение. Если до начала реакции парциальное давление СОСl2(г) было равно Р0 = 100 кПа, за время реакции израсходовано 70% газа, то в момент установления равновесия парциальное давление оставшегося фосгена РравнСОСl2(г) = Р0·0,3 = 30 кПа. Парциальные давления продуктов реакции в состоянии равновесия равны доле израсходованного фосгена, а значит, РравнCO(г) = РравнCl2(г) = Р0·0,7 = 70 кПа.

Согласно закону действующих масс для равновесного процесса

Кравн = .

Подставим в это уравнение найденные значения парциальных равновесных давлений продуктов и реагентов и рассчитаем значение константы равновесия:

Кравн = = 163,3.

Теперь, используя уравнение изотермы Вант-Гоффа ΔG0 = –RTlnKp, рассчитаем изменение стандартной энергии Гиббса в состоянии равновесия при заданной температуре:

ΔG0 = (-8,31·885)Дж/моль·ℓn163,3 = -37434 Дж/моль = –37,4 кДж/моль.

Ответ: в состоянии равновесия при стандартных условиях изменение энергии Гиббса реакции ΔG0х.р.= –37,4 кДж/моль.

 


Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 125 | Нарушение авторских прав


 

 

<== предыдущая страница | следующая страница ==>
И температурой| стандартных условиях

mybiblioteka.su - 2015-2022 год. (0.044 сек.)