Методическое пособие 508
.pdf
G |
0 |
(500) |
G |
0 |
(0) G |
0 |
(500) - изменение стандартной энергии |
||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
Гиббса; |
242.346 |
|
Дж |
- энтропия SiC (газ) при 500 К; |
|||||||||||||||||
моль К |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Дж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
15697 |
|
|
- |
|
высокотемпературная составляющая |
энтальпии |
|||||||||||||||
|
моль |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
SiC (газ) при 500 К. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
S0(T) |
|
Дж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
моль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0 |
|
100 |
200 |
|
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
|
||||||
|
|
|
|
|
Рис.1- Зависимость энтропии SiC (газ) |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от температуры |
|
|
|
|||||
130
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (рекомендуемое)
Расчет константы равновесия реакции
Рассмотрим расчет константы равновесия
2H |
2 |
O |
2H |
O |
, |
|
2 |
2 |
|
Kp
реакции
(21)
который производится при температуре 500 К по формулам (6)
и(11).
niSi0 2SH02O (500) 2SH02 (500) SO02 2 206.425
2 145.626 220.582 98.984 мольДжК ;
ni[Hi0 (T) Hi0 (0) f Hi0 (0)] 2 [HH0 2O (500) HH0 2O (0)
f HH0 2O (0)] 2 [HH0 2 (500) HH0 2 (0) f HH0 2 (0)] [HO02 (500) HO02 (0) f HO02 (0)] 2 (16831238913)
2 1434914765 487627 |
Дж |
; |
|
|
|
|
|
|
|
||
моль |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
lnKp 98.984 |
487627 |
105.3969; |
|
|
|
|
|
|
|
||
8.314 500 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
8.314 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Kp 5.933 1045 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P2 |
|
|
||
Константа равновесия заданной реакции K |
p |
|
|
|
H2O |
|
, |
||||
P2 |
P |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
H |
2 |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
рассчитанная при помощи энтропийных таблиц при 500 К,
равна 5.933 1045.
niФi (T) 2ФH02O (500) 2ФH02 ФO02 2 172.763
2 116.927 191.052 79.38К Джмоль;
ni f Hi0 (0) 2 f HH02O (0) 2 f HH02 (0) f HO02
2 ( 238913) 477826 мольДж .
131
lnK |
||
|
|
p |
K |
p |
|
|
|
|
|
79,38 |
|
477826 |
|
8.314 |
8.314 500 |
|||
|
|
|||
5.9347 10 |
45 |
, |
||
|
||||
105.39716
;
т.е. константа равновесия
|
|
|
P2 |
|
|
|
||
K |
p |
|
|
|
H2O |
|
, |
(22) |
P2 |
P |
|
||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
H |
2 |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
рассчитанная с помощью приведенной энергии Гиббса при температуре 500 К, имеет такое же значение, что и в предыдущем случае.
Правильность вычислений константы равновесия по формулам (6) и (11) подтверждает расчет по справочным данным, согласно которым
lgKa 24830T 3.13lgT 0.3 10 3T 0T.092 105 4.39
При Т=500 К
lgKa 24830500 3.13lg500 0.3 10 3500 5000.092 105 4.39 lgKa 45.788224, Kp 6.1407 1045 ,
т.е. расхождение с расчетами по формулам (6) и (11) очень невелико.
Константу равновесия заданной реакции (21) можно рассчитать и косвенным методом, если известны константы следующих реакций:
H |
O 2H O, |
K |
|
|
|
|
P2 P |
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
H |
O |
, G0 |
, |
(23) |
||||||||||
|
P |
|
|||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2O |
|
|
|
|
|
H2 |
2H , KH2 |
|
|
P2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
H |
|
, GH0 |
2 , |
|
(24) |
|||||||||||
|
P |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
O |
2O, K |
|
|
P2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
O2 |
|
|
|
O |
, |
|
G0 |
. |
|
|
(25) |
||||||
P |
|
|
|
|
|
||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
O2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
132 |
|
|
|
|
|
|||
Комбинацией (алгебраическим суммированием) указанных реакций получается заданная реакция (21):
(21) = -2(23) + 2(24) + (25).
Стандартное изменение энергии Гиббса
|
G |
0 |
|
|
H |
O |
|||
r |
|
|||
|
|
2 |
|
заданной
реакции (21) будет определяться той же алгебраической суммой:
rGH02O 2 rG10 2 rGH02 rGO02 .
Учитывая уравнение (1), имеем
lnKp 2lnK1 |
2lnKH |
2 |
lnKO |
, |
(26) |
|||||||||||
следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
2 |
K |
O2 |
|
|
P2 |
|
|
|
|
|
||
K |
p |
|
H2 |
|
|
|
|
H2O |
|
|
|
. |
(27) |
|||
|
K2 |
|
P2 |
P |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
H |
2 |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||
Из справочных данных следует, что при 500 К: lgK1 86.1445,
lgKH2 40.3209, lgKO2 45.8762.
Следовательно, согласно (26)
lgKp 2 86.1445 2( 40.3209) ( 45.8762) 172.2890
80.6418 45.8762 45.771.
Kp 5.90 1045,
что еще раз подтверждает правильность расчетов константы равновесия по формулам (6) и (11).
133
ПРИЛОЖЕНИЕ В (рекомендуемое)
Построение и анализ диаграммы состояния двухкомпонентной системы
2 Построение и исследование диаграммы состояния двухкомпонентной (а) системы Ag-Pt.
2.1 Построение и исследование диаграммы состояния двухкомпонентной системы Ag-Pt по следующим пунктам:
2.1.1 Построим диаграмму Ag-Pt в атомных и массовых до-лях, для чего пересчитаем атомные доли в массовые для следующих составов системы: (т.а) 0,27 ат.д. Pt, (т.в) 0,60 ат.д. Pt, (т.с) 0,82 ат.д. Pt.
масс.д.(т.а) |
|
0,27195 |
0,40; |
||
|
0,27 195 0,73 108 |
||||
масс.д.(т.в) |
|
0,60 195 |
|
0,73; |
|
0,60 195 0,40 108 |
|||||
масс.д.(т.с) |
|
0,82 195 |
|
0,89. |
|
0,82 195 0,18 108 |
|||||
Данная диаграмма Ag-Pt представляет собой двухкомпонентную систему с полной растворимостью в жидком состоянии, с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с отсутствием химического взаимодействия, с отсутствием полиморфизма.
Обозначим жидкое состояние “L”, а твердое – “S”. Состав областей системы Ag-Pt.
I. L, однородный расплав, одна фаза, число термодинамических степеней свободы
С=К-Ф+1=2-1+1=2,
где К -число компонентов, Ф - число фаз, 1- это температура;
т.е. произвольно, не нарушая равновесия, можно изменять и температуру, и состав системы.
134
II. L+SPt р-р, расплав находится в равновесии с твердым раствором на основе Pt, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1, т.е. произвольно, не нарушая равновесия можно изменять или температуру, или состав системы.
III. L+SAg р-р, расплав находится в равновесии с твердым раствором на основе Ag, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.
IV. SAg р-р, область существования твердого раствора на основе Ag, одна фаза, число термодинамических степеней сво-
боды С=2-1+1=2.
V. SPt р-р, область существования твердого раствора на основе Pt, одна фаза, число термодинамических степеней свобо-
ды С=2-1+1=2.
VI. SAg р-р + SPt р-р, область существования в равновесии двух твердых растворов на основе серебра и платины, число термодинамических степеней свободы С=2-2+1=1.
Рисунок В1 – Диаграмма состояния системы Ag-Pt. Кривая охлаждения системы, содержащей 0,6 ат.д. Pt.
135
2.1.2Химических соединений на диаграмме состояния
Ag-Pt нет.
2.1.3Температура начала кристаллизации расплава системы Ag-Pt, содержащей 0,6 ат.д. Pt, равна 1575 0С. конца кристаллизации - 1185 0С.
2.1.4Первые выпавшие кристаллы из расплава системы Ag-Pt, содержащей 0,6 ат.д. Pt, представляют собой твердый раствор на основе Pt, состав которого 0,92 ат.д. Pt, а последние капли расплава отвечают составу перитектики (0,2 ат.д. Pt).
2.1.5Рассчитаем по правилу рычага массы равновесных фаз системы, содержащей 0,6 ат.д. Pt, при 1365 0С. Масса исходного сплава 100г. Массы равновесных фаз обратно пропорциональны отрезкам, на которые фигуративная точка разбивает ноду:
mL bc , mS ac
где mL - масса расплава,
mS - масса твердого раствора на основе Pt.
mL mS 100; mL 100 mS ;
100 mS 0.98 0.73 ; mS 0.73 0.40
100 mS 0.25 ; mS 0.33
100 mS 0.76mS ; mS =56,8 г;
mL 100 56,8 43,2г.
Итак, при температуре 1365 0С масса твердого раствора на основе Pt 56,8 г, а масса расплава – 43,2 г.
136
2.1.6Рассчитаем число степеней свободы для системы,
содержащей:
0,1 ат.д. Pt при температуре 750 0С
С=К-Ф+1=2-1+1=2 (система бивариантна); 0,6 ат.д. Pt при температуре 1185 0С
С=К-Ф+1=2-3+1=0 (система нонвариантна); 0,4 ат.д. Pt при температуре 300 0С С=К-Ф+1=2-2+1=1 (система моновариантна).
2.1.7При охлаждении расплава системы Ag-Pt, содержащей 0,6 ат.д. Pt (Ф=1, С=2) до температуры 1365 0С, последней насыщается Pt и при этой температуре начинается кристаллизация твердого раствора на основе Pt (Ф=2, С=1). На кривой
охлаждения это точка перегиба. При охлаждении от температуры 1365 0С до 1185 0С масса кристаллов твердого раствора на основе Pt растет, а расплав меняет свой состав, обогащаясь
серебром, и стремясь достигнуть состава точки Р – перитектики. При температуре 1185 0С расплав принимает состав точки
Ри происходит перитектическое превращение
LP SPtpp SPtpp SAgpp .
Ф=3, С=К-Ф+1=2-3+1=0.
В этих условиях в равновесии три фазы и система нонвариантна. На кривой охлаждения – это температурная остановка. Заканчивается перитектическое превращение исчезновением расплава и охлаждением смеси двух твердых растворов на основе Ag и Pt.
137
ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательное при сокращѐнном варианте курсовой работе)
Форма титульного листа курсовой работы
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ФГБОУ ВО «ВГТУ»)
Факультет радиотехники и электроники
Кафедра химии и химической технологии материалов
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине химия
Тема работы: «Вычисление термодинамических функций индивидуального вещества…. Исследование зависимости константы равновесия химической реакции … от температуры».
Расчетно-пояснительная записка
Разраб. студент(ка)
Группа Подпись, дата Инициалы, фамилия
Руководитель
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Члены комиссии
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Нормоконтроль
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Защищен Оценка Дата
20___
138
ПРИЛОЖЕНИЕ Д (обязательное при сокращѐнном варианте курсовой работе)
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «ВГТУ»)
Кафедра химии и химической технологии материалов
ЗАДАНИЕ на курсовую работу
по дисциплине |
ХИМИЯ |
|
|
Тема работы: «Вычисление термодинамических функций индивидуального вещества…. Исследование зависимости константы равновесия химической реакции … от температуры».
Студент группы
Фамилия, имя, отчество
Содержание расчетно-пояснительной записки
1 Вычисление термодинамических функций
1.1 Вычисление термодинамических функций H0 (T) H0 (0), S0 (T) ,
Ф0 (T), G0(T) G0(0) для заданного вещества… в интервале темпера-
тур 100 – 500 К.
1.2Описание физических, химических свойств вещества…, применение
1.3Расчет константы равновесия реакции … двумя способами (с помощью энтропии, приведенной энергии Гиббса участников реакции) в интервале температур….
1.4Вычисление среднего значения теплового эффекта реакции ….
Сроки выполнения этапов Срок защиты курсовой работы Руководитель
Подпись, дата Инициалы, фамилия Задание принял студент
Подпись, дата Инициалы, фамилия
139