1.2 Физические и химические свойства ацетилена.

Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — ненасыщенный углеводород C₂H₂. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов.

1.2.1Физические свойства ацетилена.

При нормальных условиях — бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения −83,8 °C. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах. Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. C₂H₂ обнаружен на Уране и Нептуне.

1.2.2 Химические свойства ацетилена.

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl₂ -> СlСН=СНСl

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов,

7

образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³. При сгорании в кислороде температура пламени достигает 3150 °C. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.

Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

1.2.3.Получение ацетилена.

В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция

CaC₂+ 2 Н₂О = С₂Н₂↑ + Са(ОН)₂

а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400°C:

2СН₄ = С₂Н₂↑ +3Н₂↑

1.2.4 Применение ацетилена:

Ацетилен используют:

• для сварки и резки металлов,

• как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды,

• в производстве взрывчатых веществ ,

• для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс,каучука, ароматических углеводородов.

• для получения технического углерода

• в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации

• в ракетных двигателях (вместе с аммиаком)

8

1.3 Расчет константы равновесия.

Расчет константы равновесия реакции: 2СН4+3О2=2СО+4Н2О производится при температуре 300 К по формулам (5) и (6) из источника /1/.

1 Cпособ (энтропийный):

∆S(T)=∑nS(T) (5)

ln Kp=1/R ∑nS(T)-1/RT ∑n[H(T)-H(0)+∆fH(0)]

2 Cпособ (при помощи приведенной энергии Гиббса):

∆G(T)=-T∆Ф(T)+∆H(0)

ln Kp=(∆Ф(T)/R)-(∆H(0)/RT)

Вычисление и для оставшихся температур производятся так же, как и при 300 К ( см. данные в приложение Б), что и было рассмотрено выше. Результаты сведены в таблице 3. Вычисление константы равновесия заданной реакции двумя способами дает одно и тоже значение с точность до третьего, четвертого знака после запятой , поэтому результаты можно считать удовлетворительными.

На диаграмме 4 представлена графическая зависимость константы равновесия от обратной температуры LnKp=f( ).

Вывод: Данная реакция является экзотермической, о чём говорит график зависимости lnKp(1/T). С уменьшением температуры увеличивается концентрация продуктов реакции, то есть равновесие смещается в сторону прямой реакции. На увеличение выхода продуктов реакции будет влиять и увеличение концентрации исходных веществ.

Вывод основан на принципе Ле – Шателье, который гласит: если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне и тем изменить условия, определяющие положение равновесия, то в системе усиливается то из направлений процесса, течение которого ослабляет влияние этого воздействия, в результате чего положение равновесия сместится в этом же направлении.

Таблица 3 Расчет ln Kp двумя способами в интервале температур 300–700К.

9

Т,к	1/T*10	Н(Т)-Н(0)	1 способ ln Kp	2 способ ln Kp	Kp
300	3,3	-1039,067	436,8824	436,8820	6,0797
400	2,5	-1036,116	332,6939	332,6937	5,8072
500	2	-1034,273	271,4178	271,4176	5,6037
600	1,7	-1031,029	151,0697	151,0698	5,0177
700	1,4	-1033,674	198,8642	198,8666	5,2926

2.Построение и исследование диаграммы состояния двухкомпонентной системы Cr-Nb.

2.1 Построение и исследование диаграммы состояния Cr-Nb в атомных и массовых долях.

2.1.1 Данная диаграмма, изображённая на рисунке 5, является двухкомпонентной системой с полной растворимостью в жидком состоянии, с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, c наличием одного установившегося химического соединения, с одной вырожденной и одной не вырожденной эвтектикой.

Фазовый состав:

L – жидкая фаза, расплав; S – твердая фаза

I – L; Ф=1 С=2

II – L+SNb; Ф=2 С=1

III – L+SCr; Ф=2 С=1

IV-SNb; Ф=1 С=2

V– SCr; Ф=1 С=2

VI –S p-p Ф=1 С=2

VII – S p-p Ф=1 С=2

2.1.2 На диаграмме Cr-Nb есть только одно химические соединенияCrxNby.

2.1.3 Температура начала кристаллизации расплава системы Cr-Nb, содержащей 50 ат% Cr равна 1700С, температура конца кристаллизации равна 1660С.

2.1.4 Первые выпавшие кристаллы из расплава системы Cr-Nb содержащие50 ат% Cr, представляют собой химическое соединение CrNb. Последние капли расплава отвечают составу вырожденной эвтектики E1, содержащему

10

практически 100% Nb.

2.1.5 По правилу рычага для системы Cr-Nb, содержащей 40 ат % Cr при температуре 1600С, определить массы равновесных фаз, если было взято 100 г исходного сплава

Для расчета массы каждой фазы проведем на рисунке 5 ноду и воспользуемся правилом рычага в масс%:

ml/ms=bc/ac;

ml+ms=100;

ml=100- ms;

(100- ms)/ ms=0,73-0,50/0,5-0,3;

(100- ms)/ ms=0,23/0,2;

100- ms=1,15 ms;

ms=43,47г.

ml=56,53г.

Итак, при температуре 1600С, масса твёрдого раствора на основе Cr– 43,47г, а масса расплава – 56,53 г.

2.1.6 Число степеней свободы находится по правилу фаз Гиббса:

С=К-Ф+1, где С - степень свободы, которая характеризует число независимых параметров, которые можно свободно изменять; Ф - число фаз системы; К - число компонентов системы.

состав 35 ат.% и Т=1660С: С=2-3+1=0, т.е. система инвариантна;

состав 60 ат.% Sb и Т=2100С: С=2-2+1=1, т.е. система моновариантна;

состав 10 ат.% Sb и Т=1700С: С=2-1+1=2, т.е. система бивариантна .

2.1.7. Система In-Sb, содержащая 50 ат.%Sb. до температуры Т1=1675C представляет собой жидкий расплав, Ф=1, С=2. Начиная с этой температуры, выпадают первые кристаллы химического соединения CrNb. Ф=2, С=1. При охлаждении системы от 1675C до 1660C, масса кристаллов химического соединения CrNb растет. При Т1=1675C идет эвтектическое превращение. В

дальнейшем идет охлаждение смеси двух твёрдых растворов на основе Cr и Nb.

11

Приложение А

Ацетилен (С2Н2)

Т	Ср(Т)	Ф(Т)	S(T)	H(T)-H(0)
К	Дж*К*моль				кДж*моль
100	29,345	134,103	163,184		2,908
200	35,565	154,540	184,982		6,089
300	44,174	167,455	201,090		10,091
400	50,388	177,610	214,706		14,838
500	54,751	186,230	226,444		20,107

Приложение Б

Метан(СН4)

Т		Ср(Т)		Ф(Т)	S(T)	H(T)-H(0)
К	Дж*К*моль					кДж*моль
100		33,275		116,364	149,473	3,311
200		33,507		139,349	172,568	6,644
300		35,765		152,872	186,480	10,082
400		40,631		162,674	197,389	13,886
500		46,627		170,601	207,091	18,245
600			52,742	176,443	216,135	23,215
700			58,603	183,588	224,710	28,785

12

Приложение В

Дикислород(О2)

Т		Ср(Т)		Ф(Т)	S(T)	H(T)-H(0)
К	Дж*К*моль					кДж*моль
100		29,112		144,182	173,192	2,901
200		29,127		164,310	193,372	5,812
300		29,387		176,101	205,217	8,735
400		30,108		184,495	213,760	11,706
500		31,093		191,052	220,582	14,765
600			32,093	196,465	226,340	17,925
700			31,170	193,398	222,958	20,692

13

Приложение Г

Вода(Н2О)

Т		Ср(Т)		Ф(Т)	S(T)	H(T)-H(0)
К	Дж*К*моль					кДж*моль
100		33,310		119,379	152,271	3,289
200		33,354		142,260	175,370	6,622
300		33,618		155,706	188,930	9,967
400		34,146		165,279	198,715	13,374
500		35,071		172,763	206,425	16,831
600			36,289	178,928	212,924	20,398
700			37,606	184,199	218,617	24,092

14

Приложение Д

Оксид углерода(СО)

Т		Ср(Т)		Ф(Т)	S(T)	H(T)-H(0)
К	Дж*К*моль					кДж*моль
100		29,104		136,722	165,748	2,903
200		29,109		156,857	185,923	5,813
300		29,142		168,645	197,729	8,725
400		29,340		177,016	206,134	11,647
500		29,792		183,521	212,725	14,602
600			30,440	188,858	218,212	17,612
700			31,170	193,398	222,958	20,692

15

Список литературы

1. Голиков Г.А. Руководство по физической химии. – М.: Высшая школа,1982. – 638 с.

2. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 1-4, книга вторая. Таблицы термодинамических свойств: Справочное издание / Под ред. В.П. Глушкова. – М.: Наука, 1979.

3. Коровин Н.В., Общая химия. – М.: Высшая школа, 2002.

4. Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплинам “Физическая химия“ и “Химия“ студентами специальностей 070200, 070900, 110400 направления 553100 дневной формы обучения /Воронеж. гос. тех. ун-т; Сост. В.В. Корнеева, А.А. Щетинин, Ю.П. Хухрянский, А.Н. Корнеева. Воронеж, 2002, 24с.

5. Краснов К.С. Физическая химия. – М.: Высшая школа,1982.

16