курсовая работа, топт, химия

АННОТАЦИЯ

Курсовая работа по курсу «ТОПТ». Челябинск: ЮУрГУ, 2011

Курсовая работа состоит из решения семи задач и заключения. Описывается решение задач по соответствующим разделам. В заключении подводится итог проведенной работы.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ЗАДАНИЯ...……………………………………………………………….4

2. УСЛОВИЕ………………………………………………………………....5

3. РЕШЕНИЕ…..……………………………………………………………..6

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..11

Задания:

1. Построить графики зависимостей lnP от 1/Т и рассчитать величины постоянных коэффициентов в интегральных уравнениях Клаузиуса – Клапейрона для фазовых равновесий.

_{Аж=Агаз, Атв=Агаз.}

2. _{Вычислить теплоты испарения, возгонки и плавления вещества, считая постоянными в исследованном интеграле температур.}

3. _{С помощью полученных аналитических зависимостей р=ƒ(Т), рассчитать точные координаты тройной точки, характеризующей трехфазное равновесие Атв=Аж=Агаз.}

4. _{Построить диаграмму фазовых равновесий в координатах Р – Т, проведя линии по расчетным значениям Р и Т и нанеся на график экспериментальные точки и линию двухфазового равновесия Атв=Аж.}

5. _{Определить количественно влияние внешнего давления на температуру плавления вещества, определив величину ∆Т/∆Р.}

6. _{Рассчитать нормальные температуры кипения и плавления вещества и температуры плавления вещества А при давлении Р.}

7. _{Результаты расчетов представить в сводной таблице. Сделать выводы по курсовой работе.}

Условие:

Таблица

Равновесие А_тв=А_ж=А_газ.

Твердое состояние		Жидкое состояние		Условия
Т, К	Р, Па	Т, К	Р, Па
268,2 269,2 270,2 271,2 272,2	401,2 437,2 475,2 517,2 533,2	269,2 272,2 273,2 275,2 278,2 283,2 288,2	505 533,2 573 656 760 982 1600	М=18 г/моль dтв=0,918г/см3 dж=1,000 г/см3 Р=40,5 *105Па

Решение:

1. Согласно уравнению Клаузиуса - Клапейрона для равновесий

А_тв = А_газ и А_ж = А_газ

имеем в предположении постоянства теплот сублимации и испарения

Равновесие А_(тв)=А_(газ)

401,2

437,2

475,2

517,2

533,2

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Т,К	Р(тв),Па	х=	y=lnp
268,2	401,2	3,73	5,99
269,2	437,2	3,71	6,08
270,2	478,2	3,7	6,17
271,2	517,2	3,69	6,25
272,2	533,2	3,67	6,28

Равновесие А_(ж)=А_(газ)

Т,К	Р(ж), Па	х=	y=lnp
269,2 275,2 278,2 283,2 288,2	505	1,98	6,22
272,2	533,2	3,67	6,28
273,2	573	3,66	6,35
275,3	656	3,63	6,49
278,2	760	3,59	6,63
283,2	982	3,53	6,89
288,2	1600	3,47	7,38

Построим график зависимости lnp от 1/Т.

Рис.1 Графическое представление постоянных уравнения Клаузиса-Клапейрона

Из графика получаем постоянные А и А (угловые коэффициенты прямых),

И постоянные интегрирования

Таким образом, в исследованном интервале температур зависимости упругости пара над твердым и жидким веществом описываются уравнениями (Па)

(1) или

(2) или

_{2. Теплоту возгонки (сублимации) и испарения определяем по величинам А и А}

_{∆Нвозг=–R*A=–8,314*(-5385,5)=44775 Дж/моль;}

_{∆Нисп=–R*A=–8,314*(-4221,6)=35098 Дж/моль.}

_{Теплоту плавления вещества вычисляем, используя закон Гесса,}

_{∆Нсубл.= ∆Нпл.–∆Нисп,}

_{Отсюда ∆Нпл.= ∆Нсубл.–∆Нисп,}

_{∆Нпл=44775–35098= 9677Дж/моль.}

3.4.Точные координаты тройной точки можно определить, приравняв правые части уравнений (1) и (2):

ln p_(тв) = ln p_(ж)

_{Отсюда температура трехфазного равновесия Т0 :}

_{Т0= 5385,5-4221,6= 1163,9= 271,9 К}

_{26,085-21,804 4,281}

_{Т0=271,9 К}

_{Давление паров трехфазного равновесия}

_{Атв=Аж=Агаз}

_{Вычисляем, подставив Т0 =271,9 К в уравнение (1) или (2),}

_{Координаты тройной точки:}

_{Р0 = 533,7 Па; Т0 = 271,9К.}

_{Рис.2 Диаграмма фазовых равновесий (Р-Т- диаграмма) чистого вещества А:}

_{линия ОА – двухфазное равновесие Атв=Агаз,}

_{линия ОК – двухфазное равновесие Аж=Агаз,}

_{линия ОВ – двухфазное равновесие Атв=Аж}

_{точка О характеризует параметры трехфазного равновесия Атв=Аж=Агаз.}

5. Оценить влияние внешнего давления на температуру плавления вещества можно по знаку и величине производной Найти ее можно с помощью уравнения

(3), в котором

где М – молекулярная масса исследуемого вещества, г/моль;

d_тв, d_ж – плотности твердого и жидкого вещества, г/см³.

В данном расчете можно воспользоваться найденной ранее температурой трехфазного равновесия Т_о = 271,9,4 К, представляющей одновременно температуру плавления вещества при давлении р₀ = 533,7 Па

Тогда:

В котором V_пл=V_ж-V_тв =

_{Значит:}

_{271,9*1,61*10 в минус 6 деленное на 9677 = 0,045*10в минус 6}

Так как > 0, то следует сделать вывод, что с ростом давления температура плавления должна увеличиваться.

6. Нормальную (при Р_вн = 1 атм = 1,01310⁵ Па) температуру кипения рассчитываем по формуле (2) с учетом того, что всякая жидкость закипает тогда, упругость ее паров равна внешнему давлению Р_(ж) = Р_вн

Отсюда получаем

Линия двухфазного равновесия будет практически вертикальной прямой ОВ, исходящей из тройной точки. Поэтому можно принять приближенно, что .

Тогда при расчете нормальной температуры плавления вещества (при Р_вн = 1 атм = 1,01310⁵ Па)

dT = ∆ T = T⁰-T_{0 =} T⁰-271,9 = 0,02*10^-6 К

dP ∆ P P⁰-P₀ 1,013*10⁵-533,7 Па

T⁰= (1,013*10⁵-533,7)* -0,02*10^-6+271,9=228,7 К

Нормальная температура плавления вещества T⁰=271,9 К, то есть увеличение внешнего давления до 1 атм приводит к уменьшению температуры плавления .

Температура плавления вещества при давлении 40,5*10⁵ (Па) вычисляется аналогично расчету нормальной температуры плавления вещества.

dT = ∆ T = T_ρ-T_{0 =} T_ρ-271,9 = 0,02*10^-6 К

dP ∆ P P-P₀ 40,5*10⁵-1,013*10⁵ Па

T_ρ= (40,5*10⁵-1,013*10⁵)* 0,02*10^-6+271,9=792,4 К

Температура плавления вещества при давлении 40,5*10⁵ (Па) Т_р=792,4К, то есть увеличение внешнего давления до 40,5*10⁵ (Па) приводит к увеличению температуры плавления на 2 градуса.

Заключение:

1)Построили график зависимости lnp от 1/T и рассчитали величины постоянных коэффициентов в уравнениях для Клаузиса – Клапейрона.

2) Вычислили теплоты испарения, возгонки и плавления вещества, считая их постоянными.

3)Рассчитали точные координаты тройной точки.

4)Построили диаграмму фазовых равновесий в координатах.

5) Определили количественно влияние внешнего давления на температуру плавления вещества.

6)Рассчитали нормальные температуры кипения и плавления вещества.

Результаты расчетов приведены в сводной таблице.

A	A	-5385,5
	A	-4121,6
B	B	26,085
	B	21,804
Теплота испарения	∆Hисп.	35098Дж/моль
Теплота возгонки	∆Hвозг.	44775Дж/моль
Теплота плавления	∆Hпл.	9677Дж/моль.
Координаты тройной точки	P	533,7Па
	T	271,9К.
Температура плавления	Tпл.	228,7
Температура кипения	Tкип.	524,2

12