9. Почему реакции горения различных органических веществ вне зависимости от величины теплового эффекта (степени экзотермичности) являются необратимыми? Обосновать ответ.

Ответ: Возможность протекания реакции позволяет оценить величина свободной энергии Гиббса ∆G⁰т. Если ∆G⁰т>>0, то равновесие смещено в сторону обратной реакции, если ∆G⁰т=0,то система находится в равновесии, а если ∆G⁰т<<0, то смещено в сторону прямой реакции.

∆Gт =-RTlnKp

∆G⁰т=∆H⁰т-T∆S⁰

В соответствии с последним выражением, для протекания реакции в прямом направлении благоприятно: большие отриц.величины ∆H⁰ и положит. ∆S⁰. А процессы горения всегда экзотермичны, т.е. ∆H⁰>0, и главное всегда протекают с увеличением энтропии, т. е. ∆S⁰>0. Поэтому ∆Gт>0.

10. Что является главной причиной большой кратности рециркуляции исходных веществ в синтезе аммиака? Обосновать ответ.

Ответ: Главная причина большой кратности рециркуляции является малое время пребывания, для предотвращения переразложения N₂ и Н₂. (синтез NH₃).

,(). В процесс синтезаNH₃ – обратимый, несмещенный. Для смещения равновесия уменьшают Т и увеличивают Р. Но даже при таких условиях, т.к. процесс несмещенный, то конверсия NH₃ составляет 20%. Отсюда, раз не можем сместить равновесие, снижаем( для предотвращения обратной реакции), что ведет к малой конверсии => многократной рециркуляции

11. Скорость гетерогенного каталитического процесса лимитирует стадия адсорбции исходных веществ на поверхности катализатора. Какое изменение в условиях процесса приведет к наибольшему повышению интенсивности процесса? Обосновать ответ.

Ответ: Процесс проходит во внешнедиффузионной области.

Скорость определяется как

r=β(Cv-C_F)

С_V, C_F-концентрация газообразного вещества в объеме, и на поверхности катализатора

Для интенсификации процесса

1Увеличиваем концентрацию газообразного реагента

2Увеличиваем линейную скорость потока

3Перемешиваем или турбулизируем поток

4Увеличение поверхности контакта

12. Получение этанола методом прямой гидратации этилена:

С₂Н₄ + Н₂О = С₂Н₅ОН ( ∆ Н < 0 ).

Какое соотношение исходных веществ используют в промышленном процессе и почему?

Обсудить возникающие при этом противоречия и ограничения.

Ответ:Основная реакция: С₂Н₄ +Н₂О С₂Н₅ОН

Побочные: С₂Н₄ +Н₂О= (С₂Н₅) ₂О

С₂Н₅ОН=СН₃СОН

nС₂Н₄=( С₂Н₄)_n

Стадии на kat: - Растворение СН₂=СН₂ на Н₃РО₄

-Образ-ние иона карбония: С₂Н₄ +Н⁺ С₂Н₅ ⁺

-Взм-вие с образ-ся ионом: С₂Н₅ ⁺ ₊ Н₂О С₂Н₅ОН₂⁺

-Разложение: С₂Н₅ОН₂⁺ С₂Н₅ОН+ Н⁺

Условия: t=280-290, kat: - Н3РО4; Н₂О:С₂Н₄ =0,6:1

Выбор соотношения исх. В-в:

Процесс ведут при недостатке водяного пара, изб- С₂Н₄

Процесс при : t=280-290 с ŋ=10%-несмещённый процесс, сл-но, получ. Сильноразбавленный спирт(ок 15%). Если увелич. Н₂О , то более разб. спирт будет и ухудшатся условия выделения в качестве товарного продукта.

Давление связано с соотношением Н₂О:С₂Н_4.

Р_общ=Р С₂Н₄ +Р Н₂О(надН₃РО₄) + Р_{инертов}

Р Н₂О_паров=2,8 мПа, РС₂Н₄ =4,7 мПа, С инертами в цикле ок. 6% , сл-но, Робщ= 8 мПа.

Если >8мПа –конденсация водяного пара, разбавление Н3РО4 на носителе и падение активности kat.

Процесс несмещённый, сл-но, рециркуляция. Надо проводить с большими объёмными скоростями для увеличения интенсивности процесса.