Читайте также:
|
Для химической реакции
СO2 (г) + C(к) «2CО(г)
1. Рассчитайте энергию Гиббса D rG 0 Т и константу равновесия Кр данной реакции при стандартном состоянии и температурах 298 К, 500 К, 800 К, 1000 К с учетом зависимости Dr H 0 Т и Dr S 0 Т от температуры при постоянной величине удельной теплоемкости веществ ср = const. Постройте график зависимости
Кр = f (Т).
Рассчитаем изменение теплоемкости системы (∆ rc0р = const):
∆ r с 0 р = 2 с0р 298СОг – с0р 298Ск – с0р 298СО2г =
= 2.(29,14)–8,54–37,41 =12,33 Дж/К.
Рассчитаем энергию Гиббса химической реакции при стандартном состоянии и заданных температурах 298 К, 500 К, 800 К, 1000 К с учетом зависимости ∆ r H 0 Т и ∆ r S0Т от температуры, считая постоянной величину удельной теплоемкости веществ ср , по формуле:
∆r G0T = ∆ r H 0 Т – Т .∆ r S0Т = ∆r G0 298 + ∆ rс 0 р (Т - 298)– Т .∆ r с0р ln (Т/ 298).
∆r G0 298=120,15 кДж;
∆r G0 500=120,15+12,33.10-3. (500-298) - 500.12,33.10-3. ln (500/298)=
=84,67кДж;
∆r G0 800=120,15+12,33.10-3. (800-298) - 800.12,33.10-3. ln (800/298)=
=31,97кДж;
∆r G0 1000 =120,15+12,33.10-3. (1000-298) - 1000.12,33.10-3. ln (1000/298) =
= -3,16 кДж.
Термодинамическое условие химического равновесия: ∆rGT = 0.
Энергия Гиббса химической реакции при стандартном состоянии
∆ r G0Т связана с константой равновесия Кр по соотношению:
∆ r G0Т = - RT ln Кр
Рассчитав величину ∆r G0T реакции, рассчитаем константу равновесия Кр по формуле:
Kp = exp(- ∆G0Т / RT),
где R =8,31 Дж/моль.К - универсальная газовая постоянная.
Kp, 298 = exp(- ∆G0Т, 298 / R . 298) = exp(-120,15/8,31.10-3.298) =8.10-22;
Kp, 500 = exp(- ∆G0Т, 500 / R . 500) = exp(-84,67/8,31.10-3.500) =1,4.10-9;
Kp, 800 = exp(- ∆G0Т, 800/ R . 800) = exp(-31,97/8,31.10-3.800) =8,1.10-3;
Kp, 1000 = exp(- ∆G0Т, 1000 / R . 1000) = exp(3,16/8,31.10-3.1000) =1,46.
При увеличении температуры увеличивается константа равновесия, что объясняется эндотермическим тепловым эффектом данной реакции
| Кр |
| Т |
| Δ r Н0 >0 >0 |
| D Н0 <0 |
Выберите любую температуру из области самопроизвольного протекания реакции в прямом направлении. При этой температуре рассчитайте равновесные концентрации газообразных реагентов, если их исходные концентрации были равны, соответственно, (см. п.3. табл. к задачам 1,2).
При Т =1000 К реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении, т.к. ∆r G0 1000 = - 3,16 кДж <0, Kp, 1000 = 1,46.
Выберем температуру Т =1000 для расчета равновесных концентраций газообразных реагентов, если исходные концентрации газообразных реагентов СО2 и СО были равны: с СО2 = 0,5 моль/л, с СО =0.
Выражения для констант равновесия, выраженных через относительные равновесные парциальные давления газов (р равн) и равновесные концентрации (с равн):
Кр = 
; Кс = 
Kp и Kс связаны через уравнение газового состояния:
Kс, 1000 = 
= 
= 0,018
где R =0,082 л.атм/моль.К - универсальная газовая постоянная;
∆ν = 2-1= 1 (изменение числа молей газообразных веществ в ходе реакции).
Таблица материального баланса:
| Компонент | С | СО2 | 2СО |
| Начальные концентрации, с исх, моль/л | - | 0,5 | |
| Изменение концентраций,Δ с, моль/л | - | х | 2 x |
| Равновесные концентрации, с равн., моль/л | - | 0,5 – x | 2 x |
Подставляем равновесные концентрации газообразных реагентов в выражение для Kс и решаем алгебраическое уравнение относительно х:
Кс = 
= 0,018, х = 0,0387моль/л
С СО равн = 2. 0,0387 = 0,0774моль/л
С СО2равн = 0,5 - 0,0387 = 0,4613 моль/л.
Дата добавления: 2015-11-14; просмотров: 82 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Напишите термохимические уравнения реакций, тепловой эффект которых является теплотой образования всех реагентов заданной химической реакции. | | | ЗАДАЧА 4. Химическая кинетика. |