книги / Сборник задач по термодинамике физико-химических процессов. Решение задач

/ = п - ф + 2 = 2 - 3 + 2 = 1.

в) Позаконудействующих масс:

ч и с л о с о с т а в л я ю щ и х 3 , ч и с л о р е а к ц и й 1, ч и с л о с в я з е й м е ж д у п р о д у к т а м и р е а к ц и и с = 1 , т о г д а ч и с л о к о м п о н е н т о в б у д е т р а в н о :

К ' р ~ К р - PNH4CN(tb) - r N H 3 - % C N (г)

о т к у д а п о л у ч а е м о д н о в а р и а н т н у ю с и с т е м у :

601

с о д е р ж и т с я т р и ф а з ы и д в а к о м п о н е н т а ( 3 с о с т а в л я ю щ и х м и н у с о д н а р е а к ц и я ) , т о г д а ч и с л о с т е п е н е й с в о б о д ы б у д е т р а в н о :

f = n - k + 2 = 2 - 2 + 2 = 2.

6) П р и д о б а в л е н и и п а р о в в о д ы к C 11S O 4 в с о с у д е д а в л е н и е в н а ч а л е б у д е т

в о з р а с т а т ь , к а к п о к а з а н о н а р и с . 9 . 8 , д о д а в л е н и я 5 8 6 , 6 П а , т . к . п р и э т о м д а в л е ­

Рис. 9.8.

З а т е м п р и д о б а в л е н и и в л а г и д а в л е н и е в н о в ь у в е л и ч и в а е т с я д о т . в

и и д ё т п р о ц е с с о б р а з о в а н и я т р и г и д р а т а с о л и в п л о т ь д о т о ч к и г :

C u S 0 4 H 2 0 + 2 Н 2 0 = C u S 0 4- 3 H 20 .

П о с л е д н и й и з л о м о п р е д е л я е т о б р а з о в а н и е п е н т а г и д р а т а :

C u S 0 4- 3 H 2 0 + 2 Н 2 0 = C U S 0 4* 5 H 20 .

1 0 . И о н ы К + и С Г н е м о г у т б ы т ь в ы д е л е н ы и з р а с т в о р а в ч и с т о м в и д е и н е

п р о я в л я е т с я у ж е д е й с т в и е п о в е р х н о с т н о й э н е р г и и , и к Р и Т д о б а в л я ю т т р е т ь ю п е р е м е н н у ю а . Т о г д а п р а в и л о ф а з и м е е т в и д :

/ = 2 - 3 + 3 = 2.

603

Число степеней свободы равно2.

12. В водном растворе, содержащем ионы К+, Na+, СГ, NOj и Н20,

может проходитьреакция:

КС1 + NaN03 = NaCl + KN03.

Число составляющихбудетравно:

т = 5 (KCl, NaN03, NaCl, KN03, Н20).

Числокомпонентовравно:

т= п - 1 =5- 1 = 4.

13.В системе может существовать только одна газообразная фаза или ни одной.

14.В данной системе ш =3, п = 3-1 = 2, ф = 1, тогда по правилу фаз число степенейсвободы равно 3:

/= 2 —1+ 2 = 3-

По з. д. м. дляреакцииСУЩ+ Н2 =С2Нб справедливо уравнение:

В этом уравнении число независимых переменных, т.е. число степеней свободы такжеравно 2 .

15. Дляпроцесса очисткисточнойводы по реакции:

Al2(S0 4 )3fflq+ЗСа(НС03)2, aq = 3 CaS0 4 fTB+ 6С02г+ 2А1(ОН)3, тв число составляющих равно т = 5 , число реакций / = 1 , число

компонентов- и = 5-1 = 4, число фаз ф = 5.

По правилуфаз Гиббса число степеней свободы будет равно:

/= п - ф + 2 = 4 - 5 + 2 = 1.

16.Составляющими являются: H2S, Fe(OH)2, Fe2S3, Н20, 02, S. Их число

равно т = 6 .

Число компонентов при двух реакцияхравно:

л = 6 - 2 = 4.

Число фаз в системе равно:

ф =4 (газ, Fe(OH)2, Fe2S3, STB).

Числостепеней свободы по формуле Гиббса равно 2:

/= ( т - / ) - ф + 2 = ( 6 - 2 ) - 4 + 2 = 2.

17.Дляреакций:

2H2Sr + 02, г = С02, г + S2tTB CS2,r + 0 2>г = С0 2, г + STB

составляющими являются вещества: H2S, 02, CS2, С02, S2, S; число составляющихравно: т =6 ;

604

/ = 4 - 4 + 2 = 2 .

1 8 . Д л я р е а к ц и й :

С а ( Н С 0 3) 2, a q = С а С 0 3 , т в + Н 2О ж

2 M g ( H C 0 3 ) 2 . a q = M g 2C 0 3( 0 H ) 2 , TD + 3 C 0 2 + Н 2О ж

ч и с л о ф а з : ф = 6 ; ч и с л о с т е п е н е й с в о б о д ы р а в н о 0 :

/ = 4 - 6 + 2 = 0 .

С и с т е м а и н в а р и а н т н а я .

1 9 . 1 ) В о д н о к о м п о н е н т н о й с и с т е м е в о з м о ж н о с о г л а с н о у р а в н е н и ю :

f =п-ф +2

с у щ е с т в о в а н и е п р и / = 0 т о л ь к о ф = я + 2 = 1 + 2 = 3 ф а з .

2 ) В д в у х к о м п о н е н т н о й с и с т е м е в о з м о ж н о с у щ е с т в о в а н и е 4 - х ф а з :

0 = 2 - ф + 2 = 4 .

3 ) И з п я т и ф а з н е в о з м о ж н о п о л у ч и т ь с и с т е м у в д в у х к о м п о н е н т н о й с м е с и в е щ е с т в .

2 0 . Д л я р е а к ц и и :

2С а 3( Р С > 4) 2 , т в + 1 0 С ТВ + 6 S i 0 2 , TB = Р 4, г + Ю С О г + 6 C a S i 0 3tTB с о с т а в л я ю щ и х р а в н о : т = 6 ;

ч и с л о р е а к ц и й : 1 = 1;

ч и с л о к о м п о н е н т о в : n = m - / = 6 — 1 = 5 ;

ч и с л о ф а з : ф = 5 ; ч и с л о с т е п е н е й с в о б о д ы :

/ = п - ф + 2 = 5 - 5 + 2 = 2 .

2 1 . Д л я р е а к ц и й :

с о г л а с н о п р а в и л у ф а з :

а ) //г = 4 , 1 = 1, п = т - 1 = 4 - 1 = 3 , ф = 4, / = 3 — 4 + 2 = 1 ;

б ) ш = 4 , 1 = 1, п = т - 1 = 4 - 1 = 3, ф = 4, f = 3 - 4 + 2 = 1 ; в ) т = 3, 1 = 1, п = т - 1 = 3 - \ = 2 ,ф = Ъ, / = 2 - 3 + 2 = 1 .

605

9.8.4.Решение задач 2-го рубежного контроля по фазовым и

химическим равновесиям

Вариант 1

1. а ) Р а с ч ё т т е р м о д и н а м и ч е с к и х ф у н к ц и й д л я р е а к ц и и : С г Н 4(Г) + Н 2 0 (Г) = С 2Н з О Н ( Г)

Дr^298=AfЯ^98(С2Н5ОНг) - Af#298(C2H4,r) - Afя£98(Н2Ог) =

= - 2 3 4 8 0 0 - ( 5 2 3 0 0 - 2 4 1 8 3 0 ) = - 4 5 2 7 0 Д ж - м о л ь ' 1;

А А = ^ 9 8 ( С 2 Н 5 О Н г ) - 5 2 9 8 ( С 2 Н 4 г ) - 5 2 9 8 ( Н 2 О г ) =

= 2 8 1 , 3 8 - 1 8 8 , 7 2 - 2 1 9 , 2 1 = - 1 2 6 , 5 5 Д ж - м о л ь " 1* ' 1;

АгСр =Ср(С2Н5ОНг) - Ср(С2Н4,Г) - Ср(Н2Ог) =

= 6 5 , 7 5 - 3 3 , 6 1 - 4 2 , 8 8 = - 1 0 , 7 4 Д ж - м о л ь ' 1* " '

Р а с ч ё т A j . G j п о ф о р м у л е Т ё м к и н а - Ш в а р ц м а н а :

Д , с ? = д г н ? 98 - m r s % - Т А г с р Л Щ м 0

и к о н с т а н т ы р а в н о в е с и я п о и з о т е р м е п р и с т а н д а р т н о м д а в л е н и и :

ш к р = - ^

рRT

г д е д л я Т = 4 7 3 К M Q = 0 , 0 9 3 2 ( с м . т а б л и ц у ) .

О т к у д а и м е е м :

ArG473 = -45270+126,55-473 + 10,74-473-0,0932 = 15061 Д ж - м о л ь "1

К о н с т а н т а р а в н о в е с и я :

Д r G 473 = - 8 . 3 1 4 • 4 7 3 1 п К р .

З а к о н д е й с т в у ю щ и х м а с с д л я р е а к ц и и г и д р а т а ц и и э т и л е н а С г Н ^ г ) + Н 20 (Г) = С 2Н 5О Н (Г),

п р о т е к а ю щ е й в н е и д е а л ь н о й г а з о в о й с м е с и , и м е е т в и д :

6 0 6

Подставляя в уравнение (1) летучести, получим:

К о н с т а н т а К D р а в н а :

607

п р о в о д и м о й п р и Т = 2 9 8 К и Р = 1 а т м , э н е р г и я Г и б б с а в ы ч и с л я е т с я п о у р а в н е н и ю :

= 2 - 8 9 , 5 4 + 2 1 3 , 6 7 - 2 - 2 7 , 0 7 - 2 2 2 , 9 7 - 5 , 7 4 = 1 0 3 , 9 0 Д ж - м о л ь " 1- К - 1 . П о д с т а в л я я в ( 1 ) , п о л у ч и м :

A r G 2 9 8 = - 4 8 1 4 0 0 - 1 0 3 , 9 - 2 9 8 = - 5 1 4 1 5 0 Д ж - м о л ь " 1.

И з м е н е н и е э н е р г и и A r G 29g « 0 , р е а к ц и я о т н о с и т с я к

с а м о п р о и з в о л ь н о п р о т е к а ю щ е й , р а в н о в е с и е в с и с т е м е с д в и н у т о в с т о р о н у п р о д у к т о в р е а к ц и и .

Вариант 2

К = е 8,314 . 1300-8,314 _ ^4,338-3,739 _ ^0,619 _ j g5?

609