Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

1240

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

12.8 Mб

Скачать

☆

1 / 311 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

УДК 541.11/123(076)

К21

М. X. Карапетьянц

К21 Примеры и задачи по химической термодинамике. Изд. 4-е,

испр. М., «Химия», 1974.

302 с.; 46 табл.; 62 рис.

Книга представляет собой четвертое издание учебного по собия по курсу химической термодинамики. Она содержит 186 примеров и 396 задач (с ответами).

Примеры и задачи соответствуют основным разделам хи мической термодинамики и связаны, главным образом, с техно логией неорганических производств и химической переработки топлива.

Для решения примеров и задач широко использованы при ближенные вычисления, графическйе методы расчета и различ ные эмпирические и полуэмпирические закономерности.

Книгр предназначена для студентов химико-технологиче ских институтов и химических факультетов других вузов. Она полезна также для преподавателей вузов, работников промыш ленности, исследовательских институтов и проектных органи заций.

0254-011	11-74	541
050 (01 )-74	11-74

@) Издательство «Химия», 1974 Г.

Из предисловия к первому изданию										б
Предисловие		к	четвертому			изданию				6
Список	важнейших			обозначений						7
Глава I. Первое начало термодинамики										9
Глава II. Тепловые эффекты, теплоемкость и энтальпия										17
1. Закон		Гесса			........................................................................
2. Термохимические					закономерности					25
3.	Теплоемкость			и	энтальпия			. .		29
4.	Теоретическая			температура горения. . . .						42
5. Влияние температуры на тепловой эффектреакции										47
Глава III. Второе начало термодинамики										56
1. Э н т р о п и я ................................										56
2. Термодинамические потенциалы										73
Глава IV. Реальные				газы						80
1. Соотношения				давление—объем—температура—состав						80
2.	Фугитивность									92
3. Теплоемкость										99
4.	Энтальпия			. . .					., 103
5. Дроссельный				эффект					.	107
Глава	V. Однокомпонентные					гетерогенные системы			.	113
1. Уравнение Клапейрона — К л а у з и у с а ...................................................................										113
2. Методы сравнительного расчета температурной зависимости давления
	насыщенного			пара* . .						126
3. Критические				п а р а м е т р ы .........................................................................................						131
4. Теплоемкости сосуществующих								фаз и теплотыфазовых	превращений 133
Глава VI. Обобщенные методы расчета										144
1.	Г а з ы	......................................								144
2. Равновесие				жидкость—пар						156
Глава	VII. Растворимость .					«	9			160
1. Влияние			температуры				.			160
2.	Влияние		д а в л е ...........................н и я							174
3. Взаимная			растворимость				жидкостей			183

Глава VIII. Давление пара растворов						193
1. Неограниченно			смешивающиеся жидкости . . . .			193
2. Ограниченно смешивающиеся и несмешивающнеся				жидкости	. 203
Глава IX. Константа			равновесия и изменение стандартного изобарного		по*
	тенциала				*211
1. Расчет К и Дб° по равновесным данным						211
2. Расчет К и Д(/° по термическим данным						227
Глава X. Равновесное			превращение		. 246
1.	Расчет	равновесного п р евр ащ ен и я ..........................................			•	jjo
2. Влияние различных факторов на степень полноты				реакции	.	253
3. Расчет равновесия сложных процессов					• 262
О т в е т ы на з а д а ч и						271
К	главе	I				271
К	главе	II				271
К	главе	III				273
К	главе	IV				274
К	главе	V				275
К	главе	VI				277
К	главе	VII				278
К	главе	VIII				280
К	главе	IX				281
К главе X						282
П р и л о ж е н и я
	I. Атомные веса некоторых элементов (1971 г.)			................................ 285

II.Поправки для приближенного расчета стандартных теплот обра

зования, теплоемкостей		и энтропий	(в	состоянии	идеального газа)	286
A. Свойства основных		соединений		........................................................		286
Б. Поправки на первичное замещение				водорода группой СН* .		287
B. Поправки на вторичные замещения				водорода	группамиCHs • 287
Г. Поправки на замещение одинарных связей кратными						288
Д. Поправки на группы, замещающие группу СНз					...........................	288
III. Термодинамические	величины для		одномерного		гармонического	289
о с ц и л л я т о р а .............................................................................................................
IV. Характеристические частоты для расчета теплоемкости газов по						290
уравнению (II, 16) . .
V. Таблица функций	Тарасова (С4, С2\|)и			Дебая (С$) . .		290

VI. Средние теплоемкости некоторых газов между			0	и t°C .	291
VII. Константы уравнения Ван-дер-Ваальса для некоторых газов .					293
VIII.	Критические температуры и давления	некоторых жидкостей			293
IX.	Значения у для т от 1 до 35	.			294
X.	Константы уравнения (IX, 21) .	.		. . .	295
XI. Значения — [G — H^jjT и ДН°0 для графита			и	некоторых газов	296
XII. Соотношения между различными единицами			энергии . .		. 2 9 8
XIII. Пересчетные значениядля некоторых единиц измерения					298
XIV. Четырехзначные логарифмы					299

Настоящая книга представляет собой учебное пособие к курсу химической термодинамики. Содержащиеся в ней примеры и за дачи охватывают наиболее существенные и характерные разделы курса, что должно помочь учащимся усвоить элементарные методы термодинамических расчетов как общих, так и специальных, свя занных с отдельными процессами химической технологии.

Тематика примеров и задач отражает главным образом вопро сы технологии неорганических производств и химической перера ботки топлива, в связи с чем основное внимание уделено газовым системам.

В каждом разделе пособия дано краткое теоретическое введе ние, содержащее необходимые для расчетов уравнения и формулы, затем следуют примеры с подробными решениями и задачи. При меры содержат все данные для расчетов и могут быть использова ны для. самостоятельного решения. При составлении пособия автор старался избежать одинаковых примеров и задач (с той же фор мулой, теми же величинами, но с другими объектами).

Для большего приближения к практике пособие знакомит уча щихся с приближенными методами вычислений, графическими приемами расчетов, некоторыми полуэмпирическими и эмпириче скими закономерностями. Результаты расчетов по возможности со поставляются с экспериментальными данными или с вычислениями по другим методам, что позволяет оценить точность различных способов и границы их применения.

Значительная часть примеров и задач составлена по опублико ванным работам отечественных исследователей; эксперименталь ные данные взяты также из справочников и монографий. Отдель ные задачи заимствованы из различных задачников и учебников.

1950 г.

В настоящее издание внесены некоторые коррективы, связан ные в основном с терминологией и обозначениями, а также ис ключены указания на журнальные статьи, справочники и моно графии, из которых были, заимствованы экспериментальные или расчетные данные, положенные в основу составленных автором примеров и задач. Эти указания былй даны в предыдущих изда

ниях (см., например, М. X. К а р а п е т ь я н ц ,		Примеры и задачи
по химической термодинамике. Изд. 3-е. М.,		Росвузиздат, 1963).
В ряде случаев исключение сделано для		таблиц	Вукаловича
(М. П. Ву к а л о в и ч .	Термодинамические свойства		водяного па
ра. М., Госэнергоиздат,	1946).

А — работа, кал;
C(Cpt Cv, Сравн, Сравн) — теплоемкость, кал/град;
F — энергия Гельмгольца (изохорный			потенциал), — ДЯГ — максимальная
работа, кал;
f — }>угитивность, атм;
G — энергия Гиббса	(изобарный потенциал),			Д(/р , т — максимальная по
лезная работа, кал;
И — энтальпия, АН — изобарный тепловой эффект, кал **;
УС— константы равновесия, константа распределения;
М — молекулярный вес, г;
Nt — мольная доля 1-то компонента;
Я — давление, атм или мм рт. ст. (мм);
Q — теплота (кал);
/? — универсальная	газовая постоянная		(1,98719 ± 0,00013			кал/град)***;
S — энтропия, кал/град;
Т — абсолютная температура, °К;
t — температура, °С;
U — внутренняя энергия,		AUv — изохорный		тепловой	эффект, кал;
V — объем, мл;
А — конечное изменение свойств (положительная величина						означает	увели
чение) ;
р — дифференциальный дроссельный эффект, град/атм;
п — отношение давления		к критическому давлению			(приведенное		давле
ние);

р— плотность, моль/мл;

т— отношение абсолютной температуры к абсолютной критической темпе ратуре (приведенная температура);

*Единицы измерения экстенсивных свойств отнесены к. 1 моль; обозначе ние последнего в знаменателе опускается; другие единицы опускаются и указы ваются в тех случаях, когда они не совпадают с принятыми.

**В разделах 1 и 2 главы II приняты килокалории (ккал).

*** Значение R	в дальнейшем принято равным 1,987 кал/град =■
= 82,06 мл • атм/град =	8314,4 дж/град.

В е р х н и е и н д е к с ы (как правило, относятся	к	ф азе):
0 — свойство чистого вещества или свойство вещества	в	стандартном со
стоянии;

*— свойство вещества, когда система находится в идеализированном со стоянии, отвечающем бесконечно малому давлению;

г — относится к газообразному (парообразному) состоянию;

ж— относится к жидкому состоянию;

к— относится к кристаллическому состоянию;

Н и ж н и е и н д е к с ы (как		правило,		относятся		к	компоненту;		числовой
индекс означает абсолютную температуру *				если	он	относится		к другой ве
личине, то сопровождается соответствующим обозначением):
1— свойство t-ro компонента системы;
О — свойство системы при Т =			0;
1 и 2 — свойства	растворителя	и	растворенного вещества; свойства						системы
в начальном и конечном состояниях;
равн — равновесная фаза;
н. т. к. — нормальная точка кипения;
кр — относится к критическому состоянию;
ф. п. — фазовый переход;
С м е ш а н н ы е и н д е к с ы :
— свойство X компонента К в фазе				Ф.
* Температура	указывается	с	точностью до		градуса		(то же	относится к

пределам интегрирования).

«При усвоении наук примеры полезнее правил»

ИСААК НЬЮТОН

ГЛАВА I

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Первое начало термодинамики вытекает из закона Ломоносо ва и является принципом сохранения и превращения энергии в

применении к термодинамическим процессам.

Будем считать подведенную к системе теплоту Q и совершен ную системой работу А положительными. Тогда для бесконечно

малого изменения			состояния		системы, совершающей	н е к р у г о -
в о й процесс:		6Q = dU +6A = dU + PdV + 6А'				(1, 1)

где	dU — изменение внутренней энергии; бА '= 6А — PdV — элементарная						ра
бота	преодоления	всех	сил,	кроме	внешнего давления (как правило, оА' =		0).
Введя функцию			Я	( э н т а л ь п и я ) , определяемую		уравнением
получим				H = U + PV		(1,2)
				бQ = d H - V dP + ЬА'		(1, 3)

Для конечного		к р у г о в о г о			процесса
					Q = A	(1.4)

Во всех уравнениях Q, A, U и Я выражены в одинаковых еди

ницах (обычно в калориях).

Примеры

1. Показать, что для конечного изменения состояния 1 моль идеального газа, внутренняя энергия которого зависит только от

температуры, а связь между давлением, объемом и температурой выражается уравнением Менделеева — Клапейрона:

	PV — RT
уравнение (1,1)	примет вид
	бQ = C yd T + RTd In V
Р е ш е н и е .	Так как внутренняя энергия идеального газа за

висит только от температуры, то

dU'

Подставляя это значение dl) в уравнение (1,1) и принимая

	Р = ^ у -	и М ' =	О
получим	6Q ~ C v dT + RTd In V
	6Q ~ C v dT + RTd In V
2.	100 г азота находятся	при t =	0	и Р = 1. Пользуясь урав
нением, выведенным при решении примера				1, найти Q, ДU и А при

1)изотермическом расширении до объема 200 л;

2)изохорном увеличении давления до Р = 1,5;

3)изобарном расширении до двукратного объема.

Принять Ср =	6,960 и Ср — Cv = R-
Р е ше н и е .	1. Для	изотермического процесса указанное урав
нение примет вид		v

Q = nRT In v1

где п — число молей азота.

Vt определяется по уравнению Менделеева — Клапейрона:

	nRT	100-82,06-273,2
	V, = - Pi	“	28,02			80 010(80,01 л)
Следовательно:
	Q —					1 775
		дг/ =	0 и	А =	1775
2.	Для изохорного процесса
		&Q — Cv dT
Для п моль при условии, что Cv = const:
		Q = пСу (Т2 — Г,)
Температуру после сжатия определяем по уравнению Менде
леева — Клапейрона. Так как при				V =	const '
			П _	Рг
		Г2= 273,2 -Ь £ - =			409.8
Следовательно:
	100		1*987) (409,8 -
	Q = Ж 02 ' (6'960 -		1*987) (409,8 -			273,2) = 2 424
		ДС/ =	2 424	и А =		0
3.	Для изобарного процесса
		в<3 = Ср dT
При условии СР = const для п моль

Q = «cp(r2- r , )

1 / 311 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
15.11.202212.62 Mб21230.pdf
#
15.11.202212.64 Mб21232.pdf
#
15.11.202212.71 Mб71235.pdf
#
15.11.202212.77 Mб121236.pdf
#
15.11.202212.77 Mб31237.pdf
#
15.11.202212.8 Mб11240.pdf
#
15.11.202213.03 Mб131245.pdf
#
15.11.20224.76 Mб21246.pdf
#
15.11.202213.05 Mб211247.pdf
#
15.11.202213.24 Mб41251.pdf
#
15.11.202213.25 Mб51252.pdf