Метод Темкина-Шварцмана 1 страница

Дятел

Попил наш Язычок чаю с конфетой и вареньем и вдруг слышит, кто –то за окном стучит Ды – ды – ды – ды… Выглянул в окошко, а это дятел прилетел на дерево под окном и стучит своим клювом по коре. Стучит и прислушивается, где жучки прячутся под корой. И дятел стучит, то быстро, то медленно. Вот так. Рот широко открыт, язык поднят вверх, кончик упирается в альвеолы. Не роняя язык вниз, громко и медленно стучим кончиком по альвеолам: ды – ды – ды…. Следить, чтоб работал только кончик языка. На первых порах, пока ребенку трудно удерживать язык вверху и стучать по альвеолам, можно использовать палец ребенка. Кладем указательный палец поперек нижних зубов под поднятый язык. В таком положении язык не падает вниз и его кончик работает вверху. В дальнейшем палец убираем. Повторяем упражнение в течении 10 – 20 секунд до 30 раз в день.

Кто по дереву стучит

Дын – дын – дын,

Да дын – дын – дын?

Это дятел, добрый дятел

Постучи и ты за ним.

В справочных таблицах приводятся обычно D G ⁰ при температуре 298 К, но в большинстве случаев нужно рассчитывать равновесие для других температур.

Уравнение (5.40) можно записать в виде:

(5.41)

Подставляя зависимость D C_p от температуры, выраженную уравнением в уравнение (5.41), после интегрирования получим:

, (5.42)

где M ₀, M ₁, M ₂, M _{– 2} – определенные функции температуры, которые вычислены и приведены в таблице, составленной М. И. Темкиным и Л. А. Шварцманом [14] и П2.

5.9. Индивидуальные задания по определению

констант равновесия и состава равновесных смесей

Для более глубокого освоения изучаемого материала студенту предлагается выполнение ряда заданий в соответствии с его индивидуальным вариантом. Первое задание посвящено определению константы равновесия данной реакции по приведенным энергиям Гиббса и методом Темкина-Шварцмана и сравнению с ее экспериментальным значением. Остальные четыре задания посвящены расчету состава равновесной смеси газовой и гетерогенной реакции, определению нормального сродства реагирующих веществ с использованием уравнения изотермы, изобары-изохоры и закона Кирхгофа.

Задание 1.

Вычислить константу равновесия K_р для данных реакций при заданных температурах двумя методами: по приведенным энергиям Гиббса и методом Темкина-Шварцмана и сравнить ее с табличным значением (табл. 5.3). Справочные данные взять из [П2].

Таблица 5.3

№	Реакция	Т, К	lg Kр ^эксп
			–2,856
			3,037
			–5,258
			–6,703
			–2,821
			1,611
			3,576
			–2,133
	(г)		–0,607
			–5,185
			–5,764
			–19,80
			–0,365
			–1,292
			–2,536
			–2,67
			–5,994
			–0,149
			–1,454
			1,690
			–5,683
			6,451
			–7,251
			0,143
			20,4608

Примечание. Экспериментальные значения lg K_р ^эксп даны для случая, когда парциальные давления выражены в атмосферах.

Задание 2.

На основании табличных данных [П2] определить:

1) нормальное (стандартное) сродство вещества А к В (изменение термодинамического потенциала) при Т, К для данной реакции;

2) выход газа D при общем давлении 1,0133×10⁵ Па и Т, К, если газообразные вещества А и В введены в реакционный сосуд в стехиометрических количествах;

3) изменение изобарно-изотермического потенциала для начального момента реакции, если исходные давления газов реакционной смеси равны Р _А, Р _В, Р _C, Р _D и реакция происходит при Т, К (табл. 5.4).

Таблица 5.4

№	Реакция	A	B	C	D	Р ×10^-4, Па	T, K
A	B	C	D
		H2	O2	–	H2O			–
		H2	O2	–	H2O			–
		H2	Cl2	–	HCl			–	1,5
		HCl	O2	Cl2	H2O			1,5	1,5
		HCl	O2	Cl2	H2O
		N2	H2	–	NH3			–
		N2	H2	–	NH3			–
		N2	O2	–	NO			–	0,3
		N2	O2	–	NO			–
		NO2	–	NO	O2		–
		NO2	–	NO	O2		–
		N2O4	–	–	NO2		–	–
		N2O4	–	–	NO2		–	–
		SO2	O2	–	SO3			–	1,5
		SO2	NO2	SO3	NO			1,5	1,2
		PCl3	Cl2	–	PCl5			–
		CO	H2	CO2	H2			0,7	1,6
		CO	Cl2	–	COCl2			–	0,5
		CO	H2	–	CH3OH			–	1,6
		CO	O2	–	CO2			–
		CH4	H2O	CO	H2			0,8	0,7
		C2H4	–	C6H6	H2		-	0,7
		C2H4	H2	–	C2H6			–
		C2H4	H2O	–	C2H5OH			–	1,2
		C6H6	H2	–	C6H12			–

Задание 3.

Газообразные вещества А и В реагируют по заданному уравнению реакции с образованием газообразного вещества С.

1. Выразить K_р и K_с через равновесное количество вещества С, равное x, если исходные вещества А и В взяты в стехиометрических количествах при общем давлении в системе Р и температуре Т, К.

2. Рассчитать величины K_р и K_с при 300 К, если Р = 7,5×10⁴ Па, а х = 0,45.

3. Вычислить равновесное количество вещества С при Р = 3×10⁴ Па и температуре 300 К.

4. Рассчитать степень превращения вещества А и В при 300 К
(табл. 5.5).

Таблица 5.5

№	Реакция	№	Реакция
	А+В= C		3A+ B=2C
	A+B=C		A+ B=2C
	2A+B=2C		A+ B=3C
	2A+3B=3C		A+3B=3C
	2A+ B=2C		3A+B=C
	3A+ B=C		A+2B=2C
	A+2B=C		A+2B=3C
	A+B=3C		A+B=2C
	A+B=2C		2A+2B=C
	A+B=3C		2A+2B=3C
	2A+ B=3C		3A+3B=2C
	2A+3B=2C		A+B= C
	3A+ B=3C

Задание 4.

Гетерогенная реакция протекает при постоянной температуре Т.

1. Определить нормальное сродство вещества А и В при Т ⁰ = 298 К;

2. вычислить константы K_р и K_с равновесия реакции;

3. определить количество прореагировавшего твердого вещества А, если объем системы равен V м³, а исходное давление газа В равно Р ₁ (объемом твердой фазы можно пренебречь);

4. определить изменение изобарно-изотермического потенциала, отнесенное к началу реакции, если исходные давления газообразных веществ В и С соответственно равны Р ₂ и Р ₃ (табл. 5.6).

Таблица 5.6

№	Реакция А+В=С	Т, К	Р 1×10^-2, Па	Р 2×10^-2, Па	Р 3×10^-2, Па	V ×10^3, м^3
	C+2H2 = CH4
	C+2H2 = CH4
	C+2H2 = CH4
	C+2H2 = CH4
	2C+2H2 = C2H4
	2C+2H2 = C2H4
	2C+2H2 = C2H4
	2C+O2 = 2CO
	2C+O2 = 2CO
	2C+O2 = 2CO

Задание 5.

Зависимость константы равновесия реакции от температуры выражается уравнением типа

(коэффициенты а, b, c, d приведены в табл. 5.7).

1. Определить константу равновесия при Т, К.

2. Построить график зависимости в координатах в пределах температуры от (Т – 100) до (Т + 100), К.

3. Указать, как изменяется константа равновесия с изменением температуры.

4. Определить графически тепловой эффект реакции при температуре Т, К.

5. Полученную величину теплового эффекта сопоставить с величиной теплового эффекта, вычисленной по закону Кирхгофа при температуре Т, К.

6. Определить стандартное сродство реагирующих веществ , а также при температуре Т, К (табл. 5.7).

Справочные данные взять из [П2].

Таблица 5.7

№	Реакция	Т, К	a	b	c	d
	2H2+CO = CH3OH			–9,1298	0,00308	3,401
	4HCl+O2 = 2H2O+2Cl2			–2,136	–0,000857	– 4,710
	2N2+6H2O = 4NH3+3O2		–66250	–1,75		–10,206
	2N2+6H2O = 4NH3+5O2		– 47500	–1,75		–13,706
	2NO2 = 2NO+O2		–5749	1,75	–0,0005	7,899
	N2O4 = 2NO2		–2692	1,75	–0,00483	1,944
	Mg(OH)2(T) = MgO(T) + H2O(Г)		– 4600	0,623	–0,00102	17,776
	CaCO3(T) = CaO(T) + CO2(Г)		–9680	–1,385	–0,000216	17,756
	Са(OH)2(T) = СаO(T) + H2O(Г)		–5650	–0,67	0,000414	9,616
	S2+4H2O = 2SO2+4H2		–13810	–0,877	0,00267	8,386
	S2+4CO2 = 2SO2+4CO		–23000	4,34	–0,00162	2,576
	2SO2+O2 = 2SO3			1,222		–18,806
	SO2+Cl2 = SO2Cl2			–1,75	0,000455	–7,206
	CO+3H2 = CH4+H2O			–7,14	0,00188	–1,371
	4CO+2SO2 = S2+4CO2			–6,34	0,0000002	–2,576
	COCl2 = CO+Cl2			1,75		3,748
	CO2+H2 = CO+H2O		–2203		–0,0000516	2,3
	CO2+4H2 = CH4+2H2O			–6,23	0,000906	–1,291
	2CO2 = 2CO+O2		–29500	1,75	–0,001215	3,29
	2CO+2H2 = CH4+CO2			3,113	–0,0028524	–1,483
	C2H6 = C2H4+H2		–6365	2,961	–0,000766	–2,344
	C2H5OH = C2H4+H2O		–1485	7,54	–0,00425	7,006
	CH3CHO+H2 = C2H5OH			5,42	–0,00229	–2,810
	C6H6+3H2 = C6H12			–9,9194	0,002285	–6,452

5.10. Примеры выполнения заданий

Пример 1. Если нагреть 0,746 кг йода и 0,0162 кг водорода в закрытом сосуде емкостью 1 м³ до 693 К, то при достижении равновесия образуется 0,721 кг йодистого водорода. Сколько йодистого водорода получится, если к исходной смеси добавить 0,1 кг йода и 0,005 кг водорода?

Дано: m ₁ = 0,746 кг µ₁ = 254·10^-3 кг/моль m ₂ = 0,0162 кг µ₂ = 2·10^-3 кг/моль V = 1 м³ T = 693 К m ₃= 0,721 кг µ₃ = 128·10^-3 кг/моль = 0,1 кг = 0,005 кг

Найти: –?

Решение. Рассматриваемая в задаче реакция протекает по уравнению:

.

Константа равновесия этой реакции, выраженная через концентрации, может быть записана в виде:

(5.43)

Учитывая, что равновесная концентрация , где – число молей -го вещества в равновесной смеси, перепишем выражение (5.43):

(5.44)

Число молей в равновесной смеси найдем из уравнения:

(моль).

Найдем число молей и перед началом реакции:

(моль);

(моль).

Реакция протекает при постоянном объеме, поэтому согласно уравнению реакции из 1 моль йода и 1 моль водорода образуется 2 моль йодистого водорода, поэтому на образование моль йодистого водорода пойдет 2,82 моль йода и 2,82 моль водорода. Следовательно, в равновесной смеси останется:

Дата добавления: 2015-05-09