Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1488.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
1.21 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»

СибАДИВ.А. Хом ч

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Метод ческ е указания к курсовой работе

Омск - 2017

УДК 544.3

ББК 24.531 Х76

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.

Рецензент

СибАДИканд. хим. наук, доц. Л.Н. Котова (ОмГТУ)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методическ х указан й.

Хом ч, Вера Алексеевна.

Х76 Термод нам ческ е расчеты [Электронный ресурс] : методические указания к курсовой работе / В.А. Хом ч. – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2017. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.

Включают задан я на проведение расчетов, необходимые справочные данные термодинамических величин веществ, описание методов расчета изобарноизотермического потенциала химических реакций.

Имеют интерактивное оглавление в виде закладок.

Предназначены для выполнения курсовой работы по разделу «Основы химической термодинамики» физической и коллоидной химии бакалаврами направления «Техносферная безопасность» профилей «Защита окружающей среды» и «Безопасность техносферных процессов и производств».

Работа подготовлена на кафедре «Техносферная и экологическая безопасность».

Текстовое (символьное) издание (1,5 МБ )

Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM; 1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader

Редактор .Г. Кузнецова Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова

Издание первое. Дата подписания к использованию 29.12.2017 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2017

ВВЕДЕНИЕ

Целью выполнения курсовой работы является освоение термодина-

мического метода исследования систем и протекающих в них химических реакций. Термодинамический метод позволяет оценить возможность (ве- Сроятность) протекания химических реакций в заданных условиях, определить их направление и предпочтительность (очередность) протекания одной реакц перед другой. Во время выполнения курсовой работы студенты овладевают навыками проведения расчетов основных термодинамических функц й: энтальп , энтропии, изобарно-изотермического потен-

циала хим ческ х реакц й.

Курсовая работа включает термодинамический анализ силикатных систем, к которым относятся грунты, а также цементные растворы и бетоны – основные матер алы дорожного, промышленного и гражданского строительства. В курсовую ра оту входит термодинамическое исследова-

ние реакц й между

 

отработавших (выхлопных) газов авто-

компонентами

 

транспорта. Эти реакц

лежат в основе работы каталитических нейтра-

лизаторов автомоб лей.

 

1.бИСХОДНЫЕ Д ННЫЕ ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

А

Задание 1. Сравнить термодинамическую вероятность образования кристаллических соединений в смесяхДс соотношением исходных компонентов 1:1 в указанном интервале температур (табл.1).

Задание 2. Исходя из значений изобарно-изотермического потенциала определить, при какой температуре (500, 700, 900 или 1200 К) наи-

-составить реакции образования двух соединенийИ;

-в указанном интервале температур выбрать 5 значений, включая крайние температуры интервала.

2.Рассчитать значения изобарно-изотермического потенциала G0Т каждой реакции для пяти значений температуры. Расчеты провести двумя методами: по уравнениям Гиббса и Гиббса–Гельмгольца. Исходные термодинамические величины веществ взять из табл. 3 и 4.

3.Построить график зависимости G0Т от температуры для двух реак-

ций.

3

4. Сделать вывод об энергетической возможности, направлении и предпочтительности, т. е. более высокой термодинамической вероятности протекания реакций.

Таблица 1

Кристаллические соединения и температурные интервалы

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

Номер

Формулы соединений

 

Интервaл

 

 

варианта

 

 

 

 

температур, К

 

1

Al2O3 SiO2;

 

3Al2O3 2SiO2

298…1500

 

2

BaO 2SiO2;

 

2BaO 3SiO2

298…1000

 

3

BaO TiO2;

 

2BaO TiO2

 

298…2000

 

 

и

 

 

 

 

 

4

BeO SiO2;

 

2BeO SiO2

 

298…1000

 

5

BeO Al2O3;

 

BeO 3Al2O3

 

298…2000

 

6

K2O Al2O3 4SiO2;

K2O Al2O3 6SiO2

298…1000

 

7

K2O 2SiO2;

 

K2O 4SiO2

 

298…1200

 

8

Li2O SiO2;

 

2Li2O SiO2

 

298…1500

 

 

 

б

 

 

 

9

LiAlO2; LiFeO2; Li2TiO3

298…1500

 

10

MgO SiO2; 2MgO SiO

 

298…1600

 

11

MgTiO3; MgTi2O5

 

298…1800

 

12

MgAl2O4; MgFe2O4

 

298…1800

 

 

 

А

 

 

13

MnO SiO2;

2MnOSiO2

 

298…1000

 

14

MnAl2O4; MnFe2O4

 

298…1000

 

15

MnTiO3; Mn2TiO4

 

298…1600

 

16

Na2O SiO2;

 

Na2O 2SiO2

298…1100

 

17

Na2O TiO2;

 

Na2O 3SiO2

 

298…600

 

 

 

 

Д

 

18

PbO SiO2;

 

4PbO SiO2

 

298…800

 

19

3CaO Al2O3;

 

12CaO 7Al2O3

298…1000

 

20

2CaO B2O3;

3CaO B2O3

298…800

 

21

CaO SiO2;

 

3CaO 2SiO2

 

298…1400

 

 

22

CaFe2O4; Ca2Fe2O5

 

298…1700

 

23

CaTiO3; Ca3Ti2O7

 

298…1500

 

 

 

 

 

 

И

 

24

CuFeO2; CuFe2O4

 

298…700

 

25

FeO SiO2; 2FeO SiO2

 

298…1400

 

26

SrO SiO2;

 

3SrO SiO2

 

298…1000

 

27

SrTiO3; Sr2TiO4

 

298…1800

 

 

28

NaAlSi3O8; NaAlSiO4

 

298…1000

 

 

29

Na2O 3CaO 6SiO2;

Na2O 2CaO 3SiO2

298…1300

 

 

30

SrO MgO 2SiO2;

 

3SrO MgO 4SiO2

298…1900

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

Уравнения реакций между компонентами отработавших газов автотранспорта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Номер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнения реакций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

варианта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

 

 

 

 

 

 

CH4 + 2O2

= CO2 + 2H2O;

 

2NH3 +2,5O2 = 2NO + 3H2O

 

 

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O;

 

2,5H2 + NO = NH3 + H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

33

 

 

 

 

 

 

C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O;

CO + NO = CO2 + 0,5N2

 

 

 

 

 

 

 

 

34

 

 

 

 

 

 

C3H6 + 4,5O2 = 3CO2 + 3H2O;

CO + 0,5O2 = CO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35

 

 

 

 

 

 

C

H

+5O

2

=3CO

2

+4H O;

 

 

H

+NO=H O+0,5N

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

8

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

 

 

C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O;

 

CO+H2O=CO2+H2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соединен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Термод нам ческие величины для неорганических веществ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формула простых

 

 

Теплота

 

 

Энтропия

Теплоемкость Cp, Дж/(моль К)

 

 

 

 

 

веществ

 

 

 

 

о разования

 

 

 

S0

298,

 

Коэффициенты уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

 

з элементов,

 

 

Дж/(мол К)

 

 

C

p

= а +bТ + с'Т -2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- H0

298, кДж/моль

 

 

 

 

 

а

 

 

b 103

 

 

c' 10-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

4

 

 

 

5

 

 

6

 

 

 

 

Al2O3 (кр.)

 

 

 

 

 

 

 

1670,63

 

 

 

51,0

 

114,82

 

 

12,81

 

 

-35,45

 

 

 

 

Al

 

O

SiО

2

(кр.)

 

 

 

2587,74

 

 

 

93,34

 

172,54

 

 

26,13

 

 

-51,15

 

 

 

2

3

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3Al2O3 2SiO2(кр.)

 

 

6857,09

 

 

 

251,16

 

485,16

 

 

46,88

 

 

154,88

 

 

 

 

B2O3 (кр.)

 

 

 

 

 

 

 

 

1273,38

 

 

 

54,0

 

57,06

 

 

 

73,0

 

 

-16,16

 

 

 

 

BaO (кр.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

558,41

 

 

 

70,32

 

53,33

 

 

 

4,35

 

 

-8,31

 

 

 

 

BaO 2SiО2 (кр.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2254,21

 

 

 

154,05

 

172,80

 

 

13,08

 

 

-28,96

 

 

 

 

2BaO 3 SiО2 (кр.)

 

 

4196,34

 

 

 

266,23

 

211,52

 

 

38,43

 

 

-0,70

 

 

 

 

BaTiO3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1659,8

 

 

 

107,9

 

121,46

 

 

 

8,53

 

 

19,16

 

 

 

 

Ba2TiO4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2243,0

 

 

 

196,6

 

-

 

 

 

-

 

 

-

 

 

 

 

BeO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

599,45

 

 

 

14,24

 

35,4

 

 

16,75

 

 

-14,45

 

 

 

 

BeAl2O4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2301,2

 

 

 

65,16

 

146,08

 

 

 

33,5

 

 

45,116

 

 

 

 

BeAl6O10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5624,1

 

 

 

175,56

 

-

 

 

 

-

 

 

-

 

 

 

 

BeO SiO2

 

 

 

 

 

 

 

1541,47

 

 

 

54,04

 

95,51

 

 

 

8,71

 

 

-45,87

 

 

 

 

2BeO SiО2

 

 

 

 

 

 

2161,31

 

 

 

64,51

 

10,17

 

 

15,29

 

 

-58,85

 

 

 

 

K2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

361,67

 

 

 

98,37

 

72,22

 

 

 

41,9

 

 

-

 

 

 

 

K2O Al2O3 4SiO2

 

 

3021,86

 

 

 

184,2

 

144,95

 

140,01

 

 

-19,93

 

 

 

 

K

O

Al 0

3

 

6SiO

 

 

 

3961,84

 

 

 

219,8

 

257,24

 

 

54,01

 

 

-71,38

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

K2O 2 SiО2

 

 

 

 

 

2484,39

 

 

 

182,1

 

136,84

 

147,22

 

 

-

 

 

 

 

K2O 4 SiО2

 

 

 

 

 

 

4332,5

 

 

 

265,81

 

253,34

 

159,44

 

 

-

 

 

 

 

Li2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

597,76

 

 

 

38,09

 

60,88

 

 

25,45

 

 

-35,07

 

 

 

 

Li2O SiO2

 

 

 

 

 

 

 

3725,54

 

 

 

83,72

 

112,6

 

 

35,08

 

 

-15,28

 

 

 

 

2Li2O SiO2

 

 

 

 

 

2312,76

 

 

 

125,58

 

137,38

 

 

68,36

 

 

-9,84

 

 

 

 

LiAlO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1187,7

 

 

 

53,35

 

92,38

 

 

12,13

 

 

25,10

 

 

 

 

LiFeO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

765,7

 

 

 

 

75,3

 

90,75

 

 

19,16

 

 

12,05

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

3

4

5

6

 

 

Li2TiO3

 

 

1670,8

91,76

138,74

17,24

29,20

 

 

MgO

 

 

602,11

26,8

42,61

7,28

-6,20

 

 

MgO SiO2

 

1549,87

67,81

102,77

19,84

-26,08

 

 

2MgO SiО2

2178,94

95,02

140,9

27,38

-35,66

 

 

MgTiO3

 

 

1573,52

74,51

118,42

13,73

-27,33

 

 

MgTi2O5

 

 

2510,76

127,25

170,29

38,51

-30,77

 

 

MgAl2O2

 

 

2299,3

80,7

154,19

26,81

40,98

 

 

MgFe2O4

 

 

1429,7

123,8

88,12

186,52

0

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

MnO

 

 

385,11

60,28

46,51

8,12

-3,68

 

 

MnO SiO2

 

1321,31

89,16

110,59

16,24

-25,79

 

С

 

 

 

 

 

 

 

2MnO SiО

1731,12

132,28

157,48

24,91

-28,71

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

MnAl2O4

 

 

2098,3

129,7

153,09

25,86

32,22

 

 

MnFe2O4

 

 

1226,3

146,4

144,77

85,94

18,54

 

2

 

2

б

 

 

 

 

 

MnTiO3

 

 

1358,5

104,6

121,67

9,29

21,88

 

 

Mn2TiO4

 

 

1799,7

170,3

168,15

17,41

25,56

 

 

N2 (г)

 

 

0

191,5

27,87

4,27

-

 

 

NH3 (г)

 

 

-45,94

192,66

29,80

25,48

-1,67

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

NO (г)

 

 

91,26

210,64

29,86

3,85

-0,59

 

 

Na2O

 

 

416,09

72,84

64,46

22,6

-

 

 

Na O SiO

 

 

1559,7

113,86

130,35

40,18

-27,08

 

 

Na2O 2SiO2

2475,39

164,93

185,77

70,58

-44,66

 

 

Na2TiO3

 

 

1592,0

121,8

105,35

86,69

0

 

 

Na2O 3SiO2

3390,45

216,0

202,97

111,72

-20,85

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

O2 (г)

 

 

0

205,03

31,46

3,39

-3,77

 

 

PbO

 

 

219,34

65,3

44,38

16,74

-

 

 

PbO SiO2

 

 

1151,02

109,67

77,44

60,28

-

 

 

4PbO SiO2

1805,0

324,84

222,78

87,49

-16,91

 

 

CO (г)

 

 

110,5

197,4

28,41

4,10

-0,46

 

 

 

2

 

3

 

 

И

 

 

CO2 (г)

 

 

393,51

213,66

44,14

9,04

-8,54

 

 

SiO2 (кр. β-кварц)

911,58

41,86

46,96

34,32

-11,30

 

 

CaO

 

 

635,85

39,77

48,85

4,53

-6,53

 

 

3CaO Al2O3

3558,1

205,53

260,7

19,17

-50,11

 

 

12CaO 7Al2O3

19383,24

1045,24

1264,0

274,18

-231,49

 

 

2CaO B2O3

2727,6

145,25

183,14

48,14

-44,75

 

 

3CaO B O

 

3422,89

183,77

236,72

33,62

-54,5

 

 

CaO SiO2

 

 

1636,52

82,04

111,51

15,07

-27,29

 

 

3CaO 2SiO2

3826,17

210,97

267,9

37,88

-69,49

 

 

CaFe2O4

 

 

1541,0

145,35

138,7

82,34

21,80

 

 

Ca2Fe2O5

 

 

2139,3

188,78

183,3

86,86

28,74

 

 

CaTiO3

 

 

1660,6

93,7

127,49

5,09

27,99

 

 

Ca3Ti2O7

 

 

3950,1

234,7

299,24

15,9

57,24

 

 

CuO

 

 

157,03

42,63

43,83

16,76

5,88

 

6

Окончание табл. 3

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

4

 

 

5

 

 

6

 

 

CuFeO2

 

 

592,6

 

 

88,7

 

95,6

 

10,63

 

 

16,65

 

 

CuFe2O4

 

 

959,0

 

 

141,0

 

138,62

 

119,41

 

 

22,76

 

 

FeO

 

 

 

 

266,65

 

 

59,44

 

51,82

 

-6,78

 

 

-1,59

 

 

Fe2O3

 

 

822,55

 

 

89,99

 

98,38

 

77,85

 

 

-14,87

 

 

FeO SiO2

 

 

1207,03

 

 

96,28

 

158,4

 

17,00

 

 

-27,30

 

 

2FeO SiO2

 

 

1500,05

 

 

145,25

 

152,83

 

39,18

 

 

-28,04

 

 

Н2 (г)

 

 

0

 

 

 

130,52

 

27,28

 

3,26

 

 

0,50

 

 

Н2О (г)

 

 

241,81

 

 

188,72

 

30,00

 

10,71

 

 

0,33

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SrO

 

 

 

 

590,64

 

 

54,42

 

51,65

 

4,69

 

 

-7,56

 

 

SrO

SiO2

 

 

1632,92

 

 

94,19

 

112,02

 

19,21

 

 

-30,31

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3SrO SiO

 

971,6

 

 

205,11

 

196,82

 

35,29

 

 

-34,07

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SrTiO3

 

 

1884,5

 

 

108,8

 

118,11

 

7,36

 

 

19,5

 

 

Sr2TiO4

 

 

2311,7

 

 

159,0

 

160,87

 

16,07

 

 

19,54

 

 

TiO2

 

 

 

 

943,94

 

 

50,23

 

75,22

 

1,17

 

 

-18,21

 

 

NaAlSi3O8

 

 

3934,0

 

 

207,21

 

274,14

 

43,86

 

 

79,29

 

 

NaAlSiO4

 

 

2109,7

 

 

123,9

 

-

 

 

-

 

 

-

 

 

Na2O 3CaO 6SiO2

 

 

8367,7

 

 

462,13

 

461,7

 

176,35

 

 

-48,43

 

 

Na2O 2CaO 3SiO2

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

4828,1

 

 

287,8

 

279,7

 

162,2

 

 

12,14

 

 

SrO MgO 2SiO2

 

 

3182,7

 

 

162,0

 

245,5

 

9,92

 

 

64,13

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3SrO MgO 4SiO 6448,7 350,3

 

433,3

 

89,6

 

 

-94,5

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

 

 

Термодинамические величины для органических веществ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 4

 

 

 

0

 

 

 

0

 

Дж

 

 

 

 

 

 

H 298,

 

 

S 298,

 

Теплоемкость Cp,

/(моль К)

 

 

Вещество

 

кДж/моль

 

Дж/(моль·К)

 

 

Коэффициенты уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ср= а + bТ + cТ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

b 103

 

 

с 106

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

CH4(г)

 

-74,85

 

186,19

 

14,32

 

 

74,66

 

 

-17,43

 

 

C H (г)

 

52,30

 

219,45

 

11,32

 

 

122,01

 

 

-37,90

 

 

C2H6(г)

 

-84,67

 

229,5

 

5,75

 

 

175,11

 

 

-57,85

 

 

C3H6(г)

 

20,41

 

266,94

 

12,44

 

 

188,38

 

 

-47,60

 

 

C3H8(г)

 

-103,90

 

269,91

 

1,72

 

 

270,75

 

 

-94,48

 

 

н-C4H10(г)

 

-126,15

 

310,12

 

18,23

 

 

303,56

 

 

-92,65

 

7

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]