Основы физической химии

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство науки и образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»

Березниковский филиал

Кафедра химической технологии и экологии

Расчетная работа

Основы физической химии

2010

1. Задание.

Определить ?Н, ?U, ?S, ?F, ?G реакции при постоянном давлении р = Па и Т = 450 К.

Справочные материалы.

Вещество

?

кДж/моль

Дж/моль*К

?

кДж/моль

Коэффициенты уравнения

a

b*

-1675,69

50,92

-1582,27

114,55

12,89

-34,31

-395,85

256,69

-371,17

64,98

11,75

-16,37

-3441,80

239,20

-3100,87

366,31

62,59

-112,47

1.1 Расчет теплового эффекта реакции

Расчет теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях (H):

?= ?-(?)

?-3441,80-(-1675,69+3(-395,85))=-578,56 кДж

Вывод: В стандартных условиях данный процесс является экзотермический, реакция идет с выделением тепла.

Расчет теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре (H):

?с=0, т.к. все вещества неорганические

?

?a ==366,31-(114,55+3*64,98)=56,82

?b ==62,59-(12,89+3*11,75)=14,45*1

?=)=-112,47-(-34,31−3*16,37)=-29,05*1

?=-578 560+56,82+14,45*1T-29,05*1/)dT= -578 560+56,82+14,45*1 -29,05*1= -578 560+56,82(450−298)+14,45*½*(45−29)-29,05*1((450−298)/298*450)=-578 560+8636,64+821,45−3292,77=-572,39 кДж

Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект реакции изменился на 6,17 кДж, реакция осталась экзотермической.

Расчет теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях (U):

?Н=?U+p?V; ?U=?H-p?V

p?V=?nRT

?U=?H-?nRT

?n=??= 0 — 3 = -3; ?n = -3

R=8,314 Дж/моль*К

?U (298)=-578,56-(-3)*0,8 314*298=-571,13 кДж

Вывод: В изохорно-изотермическом процессе, при стандартных условиях реакция протекает с выделением тепла, т. е. процесс экзотермический.

Расчет теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре (U):

?U (450)=-572,39-(-3)*0,8 314*450=-561,17 кДж

Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект данной реакции в изохорно-изотермическом процессе уменьшился на 9,96 кДж, реакция идет с выделением тепла.

1.2 Определение направления протекания химического процесса

Определение направления протекания реакции в изолированной системе (S):

а) в стандартных условиях:

?(298) =(298- ((298 + 3*(298)

?(298) =239,2-(50,92+3*256,69)=-581,79 Дж

Вывод: При взаимодействии оксида алюминия с оксидом серы (VI) в изолированной системе получилось, что? S< 0, поэтому процесс невозможен.

б) при заданной температуре:

?с=0, т.к. все вещества неорганические

?(T)=?(450)+

?(450)=-581,79+56,82+14,45*1*T-29,05*1/)dT/T= -581,79+56,82+14,45*1−29,05*1= -581,79+56,82*ln450/298+14,45*1(450−298) — 29,05*1*½*((45−29/29*45)=-581,79+23,42+2,196−9,15=-565,32 Дж

Вывод: При увеличении температуры на 152 К энтропия увеличилась на 16,466 Дж, но осталась отрицательной. В изолированной системе процесс невозможен. Расчет изобарно-изотермического потенциала (G):

а) в стандартных условиях

?(298) =(298- ((298 + 3*(298)

?(298) =-3100,87-(-1582,27+3*(-371,17))=-405,13 кДж/моль

Вывод: При взаимодействии оксида алюминия с оксидом серы (VI) в стандартных условиях? G< 0, поэтому процесс самопроизвольный.

?(298) = ?Н (298)-Т?(298)

?(298) = -578 560−298*(-581,79)=-405,19 кДж

% ош. =((-405,13+405,19)/(-405,13))*100=0,01% ,

т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.

Вывод: В закрытой системе изобарно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ?G<0.

б) при заданной температуре

?(450) = ?Н (450)-450*?(450)

?(450) = -572 390−450*(-565,32)=-317,996 кДж

При увеличении температуры на 152 К, энергия Гиббса увеличилась на 87,194 кДж, отсюда следует, что чем больше температура, тем больше энергия Гиббса. В закрытой системе изобарно-изотермический процесс остался самопроизвольным, т.к. ?G<0. Дальнейшее повышение температуры не выгодно, т.к. ?G стремится к нулю и процесс от самопроизвольного перейдет в равновесный, а затем в не самопроизвольный.

Расчет изохорно-изотермического потенциала (F):

а) в стандартных условиях

1 способ:

?F = ?U-T?S

?F (298)=-571 130−298*(-581,79)=-397,76 кДж

2 способ:

?F (298)=?G-?nRT

?F (298)=-405,13-(-3)*298*0,8 314=-397,7 кДж

%ош. =((-397,76+397,7)/(-397,76))*100=0,02%,

т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.

Вывод: В закрытой системе при стандартных условиях изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ?F<0.

б) при заданной температуре

1 способ:

?F (450)= -561 170−450*(-565,32)=-306,78 кДж

2 способ:

?F (450)=-317,996-(-3)*450*0,8 314=-306,78 кДж

%ош. =((-306,78−306,78)/(-306,78))*100=0%,

т.к процент ошибки равен нулю, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.

Вывод: При увеличении температуры энергия Гельмгольца увеличилась. В закрытой системе изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно.

Вывод:

Т, К

?Н, кДж

?U, кДж

?G, кДж/моль

?F, кДж

?S, Дж

298

-578,56

-571,13

-405,19

-397,76

-581,79

450

-572,39

-561,17

-317,996

-306,78

-565,32

С увеличением температуры тепловые эффекты изобарно-изотермического и изохорно-изотермического процессов увеличились.

В данной работе? Н, ?S, ?G получились отрицательными, отсюда следует, что процесс протекает самопроизвольно, но при невысоких температурах.

При увеличении температуры энергия Гиббса и энергия Гельмгольца увеличились, значит система стремиться к равновесию (в условиях равновесия? F, ?G достигают минимума).

2. Задание: Определить ДH, ДU, ДS, ДF, ДG, реакции при постоянном давлении P=1. 013 * 105 Па.

СdO(т) + H2SO4 (ж) = CdSO4 (т) + H2O (г)

Реакция протекает при температуре 511 градусов Цельсия.

Исходные данные

Вещест-во

ДHf?298

кДж/моль

S?298

Дж/моль*К

ДGf?298

кДж/моль

Ср298

Дж/моль*К

Коэф. уравнения

Ср?= f (T)

a

b * 103

cґ * 10-5

H2O

-241,81

188,72

-228,61

33,61

30,00

10,71

0,33

CdO

-258,99

54,81

-229,33

43,64

48,24

6,38

-4,90

H2SO4

-813,99

156,90

-690,14

138,91

156,9

28,3

-23,46

Cd SO4

-934,41

123,05

-828,88

99,62

77,32

77,40

-

2.1 Расчёт теплового эффекта реакции

Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях

ДНr? (298) = (ДНf? (298) CdSO4 + ДНf? (298) H2O) — (ДНf? (298) CdO + ДНf? (298) H2SO4)

ДНr? (298) = (-934,41 — 241,81) — (-258,99 — 813,99) = -103,24 кДж.

Вывод: При реакции в стандартных условиях, произошло выделение тепла в количестве 103,24 кДж как следствие реакция является экзотермической.

Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре

ДH(T) = ДНr? (298) +;

Дa = (Дa CdSO4+ Дa H2O) — (Дa CdO+ Дa H2SO4)

Дa = (77,32+30,00) — (48,94+156,90) = -97,82;

Дb = (Дb CdSO4+ Дb H2O) — (Дb CdO+ Дb H2SO4)

Дb = (77,40+10,71) — (6,38+28,30) = 53,43 * 10-3

Дcґ =(ДcґCdSO4+ ДcґH2O) — (ДcґCdO+ ДcґH2SO4)

Дcґ = (0 + 0. 33) — (-4,90−23,46) = 28,69 * 105

Дc = 0, т.к. все вещества неорганические.

ДH(511) = -103,24 * 103 + =

= -103,24 * 103 + (-97,82) * (511−298) + * (5112 — 2982) + -103 240 — 20 835,66 + 4603,45 + 4050,80 = -115,42 kДж.

Вывод: Увеличение температуры привело к увеличению количества теплоты выделившегося в следствии реакции.

Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях

ДU = ДН — ДnRT

Дn = Дnкон.  — Дnнач

Дn=1−0=1

Газовая постоянная R = 8. 314 Дж/моль*К

ДU(298)= ДНr? (298) -Дn*R*T

ДU(298) = -103,24 * 103 -1 * 8,314 * 298 = -103 240 — 2477,57 = -105,72 кДж.

Вывод: Внутренняя энергия реакции в изохорном процессе составила 100,76 килоджоуля.

Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре

ДU(511)= ДНr? (511) -Дn*R*T

ДU(511) = -115,42 * 103 — 1 * 8,314 * 511 = -115 420 — 4248,45 = - 119,67 кДж.

Вывод: Как и в изобарном процессе увеличение температуры приводит к увеличению внутренней энергии реакции на 18,91 кДж.

2.2 Определение направления протекания химического процесса

Определение направления протекания данной реакции в изолированной системе

Определение направления протекания реакции в стандартных условиях

ДS? (298) = (S (298) Cd SO4 + S (298) H2O) — (S(298) Cd O + S (298) H2SO4)

ДS? (298) = (123,05+188,72)-(54,81+156,90)= 100,06

Вывод: Так как энтропия S больше ноля 100,06>0 то процесс реакции в изолированной системе протекает самопроизвольно без внешнего воздействия. Определение направления протекания реакции при заданной температуре.

ДS(T) = ДS? (298) +;

ДS (511) = 100,06 + = 100,06 — 97,82 + 53,43 * 10-3 + 28,69 * 105 = 100,06 — 97,82 + 53,43 * 10-3 * (511−298) + * = 121,66

Вывод: Изменение температуры привело к увеличению энтропии по сравнению с процессом при стандартных условиях. Следовательно повышение температуры ведёт к увеличению неупорядоченности и увеличению количества соударений молекул при реакции.

Определение направления протекания химического процесса в закрытой системе

Расчёт изобарно — изотермического потенциала в стандартных условиях

ДGr? (298) = (G (298) Cd SO4 + G (298) H2O) — (G (298) Cd O + G(298) H2SO4)

ДGr? (298)= (-823,88 — 228. 61) — (-229,33 — 690. 14) = -133,02 кДж/моль.

Вывод: Изобарно — изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ДGr? < 0; -133,02<0.

Произведем расчет изобарно — изотермического потенциала по другой формуле:

ДGr? (298) = ДНr? (298) — Т* ДS? (298)

ДGr? (298) = -103,24 * 103 — 298 * 100,06 = -133,06 кДж/моль.

Найдем процент ошибки:

% ошибки =

Расчет можно производить любым способом, т.к. процент ошибки не существенен. Расчёт изобарно — изотермического потенциала при заданной температуре

ДGr? (511) = ДНr? (511) — Т* ДS? (511)

ДGr? (511) = -119,46 * 103 — 511 * 121,66 = -181,63 кДж/моль.

Вывод: Увеличение температуры никак не повлияло на процесс реакции в закрытой системе, она по прежнему идёт самопроизвольно ДGr? < 0; -181,63<0. Расчёт изохорно — изотермического потенциала в стандартных условиях.

ДF(298) = ДU(298) — T* ДS? (298)

ДF(298) = -105,72 * 103 — 298 * 100,06 = -135,53 кДж.

Вывод: Изохорно — изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ДF < 0; -135,53< 0

Расчёт изохорно — изотермического потенциала при заданной температуре

ДF(511) = ДU(511) — T* ДS? (511)

ДF(511) = - 123,70 * 103 — 511 *121,66 = -185,87кДж.

Вывод: Изменение температуры привело к уменьшению потенциала по сравнению с процессом при стандартных условиях, а это означает что глубина реакции в закрытой системе увеличилась ДF < 0; -185,87>0.

Вывод

Рассмотренная реакция оксида кадмия и серной кислоты идёт самопроизвольно на это указывают все характеристики реакции, а рассмотренное увеличение температуры реакции её ничуть не замедляет. Всё это позволяет сделать вывод о том что увеличение температуры реакции позволяет увеличить её глубину и полноту. При этом реакция останется самопроизвольной.

T, K

ДH, кДж

ДU, кДж

ДS,

ДG, кДж/моль

ДF, кДж

298

-103,24

-105,72

100,06

-133,02

-135,53

511

-115,42

-119,67

121,66

-181,63

-185,87

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой