Содержание

Введение 3

Термодинамический расчет химической реакции 5

1 Расчет теплового эффекта химической реакции 6

1.1 Расчет теплового эффекта при стандартных условиях 6

1.2 Расчет теплового эффекта по уравнению Кирхгофа 7

1.2.1 Расчет теплового эффекта по грубому уравнению Кирхгофа 7

1.2.2 Расчет теплового эффекта по точному уравнению Кирхгофа 8

2 Расчет изменения изобарно-изотермического потенциала 10

2.1 Расчет изменения изобарно-изотермического потенциала по грубому уравнению 10

2.2 Расчет изменения изобарно-изотермического потенциала по приближенному уравнению 11

2.3 Расчет изменения изобарно-изотермического потенциала по точному уравнению 12

3 Расчет констант равновесия 14

3.1 Расчет констант равновесия при давлении < 0,5 МПа 14

3.2 Расчет констант равновесия при P> 0,5 МПа 15

4 Расчет равновесного выхода 20

Вывод 22

Литература 23

Приложения 24

Введение

Раздел химической термодинамики, посвященный исследованиям тепловых эффектов химических реакций, теплот фазовых переходов, растворения веществ, разбавления растворов и т.п., называется термохимией. Раздел основывается на трех законах:

1. Первый закон позволяет рассчитать тепловые балансы различных процессов.

2. Второй закон дает возможность предсказать при каких внешних условиях возможен процесс, и в каком направлении он будет протекать.

3. Третий закон позволяет вычислить константу равновесия химической реакции и, следовательно, максимально возможный выход продуктов реакции.

Значение термохимии в области теории и практики весьма велико. Тепловые эффекты широко используются не только при расчётах тепловых балансов различных процессов, но и при исследовании химического равновесия.

Тепловой эффект реакции не зависит от пути процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями системы. Это следствие первого закона термодинамики применительно к химическим процессам называется законом Гесса.

Тепловой эффект считают положительным для эндотермических процессов и отрицательным для экзотермических процессов.

Закон Гесса позволяет вычислить тепловые эффекты тех реакций, для которых непосредственное определение ∆H бывает, сопряжено с большими экспериментальными трудностями.

Первое следствие. Тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот сгорания исходных веществ и суммой теплот сгорания продуктов реакции.

Второе следствие. Тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ.

Целью термодинамического расчета является выбор оптимальных условий протекания химических реакций с максимальным выходом целевых продуктов. Экспериментальным путем остается лишь найти условия, благоприятствующие протекания процесса с достаточной скоростью.

Термодинамический расчет химической реакции

Задание

Провести термодинамический расчет химической реакции

в интервале температур от 298 до 1000 К и давлениях 0,1; 2; 10 МПа.

Таблица 1 – Исходные термодинамические величины

Вещество	, кДж/моль	, Дж/моль	, кДж/моль·К	Коэффициенты уравнения				Ткр, К	Pкр, МПа
(г)	-167,19	386,8	146,7	3,080	565,8	-300,4	-	507,9	3,03
(г)	20,41	226,9	63,89	3,305	235,86	-117,6	-	365	4,62
(г)	-103,9	269,9	73,51	-4,80	307,3	-160,16	-	370	4,26

1. Расчет теплового эффекта химической реакции

Тепловым эффектом реакции называется теплота, выделяющаяся или поглощающаяся при реакции, протекающей термодинамических необратимо при равенстве температур начала и конца процесса.

1.1. Расчет теплового эффекта при стандартных условиях

За стандартные условия принимают температуру 298 К и давление 0,1 МПа. Расчеты тепловых эффектов химических реакций основаны на законе Гесса: «Тепловой эффект химических реакций зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути процесса». Закон Гесса применим к процессам, которые проводят при постоянном объеме или давлении.

Стандартной теплотой образования данного вещества называется тепловой эффект образования 1 г-моля рассматриваемого вещества из простых веществ, устойчивых в этих условиях.

По закону Гесса тепловой эффект реакции равен разности между суммой стандартных теплот образования продуктов реакции и суммой стандартных теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

, (1)

где – тепловой эффект химической реакции при стандартных условиях;

– стехиометрические коэффициенты.

Подставляя числовые значения, получим:

.

1.2. Расчет теплового эффекта по уравнению Кирхгофа

При помощи уравнения Кирхгофа можно определить тепловой эффект при различных температурах.

1.2.1. Расчет теплового эффекта по грубому уравнению Кирхгофа

, (2)

где – тепловой эффект химической реакции при температуре Т;

– разность теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

, (3)

где – теплоемкости соответствующих веществ.

Подставляя числовые значения, получим:

.

Рассчитаем при Т=300 К

При других температурах расчет ведется аналогично, результат расчета

сведем в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчетные значения тепловых эффектов по грубому уравнению Кирхгофа

T, К	, кДж/моль
300	83,68
400	82,75
500	81,82
600	80,89
700	79,96
800	79,03
900	78,10
1000	77,17

1.2.2. Расчет теплового эффекта по точному уравнению Кирхгофа

Для точных расчетов необходимо знать зависимость теплоемкостей от температуры для исходных веществ и продуктов реакции, выражаемую уравнением:

(4)

или

, (5)

где – коэффициенты, которые определяются опытным путем.

Из уравнений (3), (4), (5) следует:

, (6)

где – разность коэффициентов продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

, (7)

, (8)

, (9)

. (10)

Подставляя в уравнение (2) и проинтегрировав его получим:

(11)

Подставляя числовые значения, получим:

Рассчитаем при Т=300 К

При других температурах расчет ведется аналогично, расчет сведем в таблицу 3.

Таблица 3 – Расчетные значения тепловых эффектов по точному уравнению Кирхгофа

T, К	, кДж/моль
300	83,681
400	82,711
500	81,695
600	80,679
700	79,708
800	78,828
900	78,084
1000	77,521

Графики зависимости приведены в приложении (рисунок 1).