фз-хим / Задания для практических занятий

Таблица 3

№ варианта	Т1	а	b	c
1	388	55	81	19
2	398	60	61,2	38,8
3	383	65	67,4	32,6
4	372	50	15,8	84,2
5	368	50	19,6	80,4
6	365	35	68,8	31,2
7	367	25	6,4	93,6
8	317	25	30,4	69,6
9	333	25	27,1	72,9
10	331	80	62,2	37,8
11	335	10	43,6	56,4
12	345	75	64	36
13	329	60	73	27
14	334,5	55	37,2	62,8
15	336	55	37,2	62,8
16	365	80	93	7
17	325	65	54,2	45,8
18	350,5	75	65,5	34,5
19	390	65	54,2	45,8
20	330,3	25	55,5	44,5
21	343	25	36,8	63,2
22	345,5	25	52,7	47,3
23	377	80	83,4	16,6
24	320	25	50,5	49,5
25	339	25	50,5	49,5

Методические указания к выполнению задач

Задача №1

1. Тепловой эффект химической реакции изобарного процесса можно определить на основании первого следствия из закона Гесса описываемого уравнением:

, (1)

где -стехиометрический коэффициент;

, - суммы стандартных тепловых эффектов образования конечных и исходных веществ реакции;

- тепловой эффект образования веществ из простых веществ в стандартных условиях при температуре 298 К. За стандартные условия принято состояние вещества в чистом виде при атмосферном давлении. Стандартное состояние вещества обозначается верхним индексом "0".

При расчете тепловых эффектов химических реакций при заданной температуре можно воспользоваться приводимыми в таблицах средними значениями теплоемкостей в температурном интервале от 298 до Т:

, (2)

где - изменение теплоемкости в ходе химической реакции;

, (3)

, - суммы теплоемкостей конечных и исходных веществ.

2. В химической технологии о направлении процесса и равновесии в системе при постоянных давлении и температуре судят по энергии Гиббса. Энергия Гиббса системы при постоянных р и Т уменьшается при необратимых процессах и остается постоянной при обратимых процессах . Равновесное состояние системы соответствует минимуму энергии Гиббса, поэтому условием равновесия при постоянных р и Т будет .

При уменьшении энергии Гиббса химическая реакция протекает самопроизвольно в сторону образования продуктов. В случае увеличения энергии Гиббса, , реакция самопроизвольно идти не может.

Изменение энергии Гиббса реакции определим по уравнению:

, (4)

где , - изменение энергии Гиббса при температуре Т и 298 К соответственно, Дж/(моль∙К);

- изменение энтропии процесса, Дж/(моль∙К).

Для химической реакции изменение энтропии рассчитывают по уравнению:

, (5)

где , - суммы абсолютных энтропий конечных и исходных веществ.

Изменение энергии Гиббса при стандартном состоянии вещества можно определить по уравнению:

, (6)

где , - суммы энергий Гиббса образования для конечных и исходных веществ, Дж/(моль∙К).

3. Расчет энергии Гиббса, , для реакции при стандартном состоянии и 298 К:

, (7)

где - энтальпия реакции при стандартных условиях и 298 К, Дж/(моль∙К);

- энтропия химической реакции при стандартных условиях и 298 К, Дж/(моль∙К).

Энтальпию и энтропию химической реакции можно определить на основании уравнений (1) и (5) соответственно.

Константу равновесия, , определяем по уравнению:

, (8)

где - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль∙К).

Задача №2

1. По данным состава жидкой и паровой фаз строится график состава пара от состава жидкой фазы при постоянном давлении. По оси абсцисс откладывается молярная доля компонента А в жидкой фазе, а по оси ординат - в паровой фазе в одинаковом масштабе.

2. При построении диаграммы по оси абсцисс откладывается молярная доля компонента А от 0 % до 100 %, а в обратном направлении откладывается, соответственно, компонент В. По оси ординат отмечается температура смеси.

3. На оси абсцисс, в соответствии с вариантом задания, находим точку с молярной долей а % вещества А. Из найденной точки проводим вертикальную линию до пересечения с изотермой кипения системы А-В. Из точки пересечения соединяем горизонтальной линией с осью ординат и определяет температуру кипения системы.

4. На диаграмме, построенной в п. 2, проводим горизонтальную линию соответствующую температуре Т₁ варианта задания. В точке пересечения с изотермой пара определяем состав пара, находящегося в равновесии с жидкой фазой.

5. По диаграмме кипения системы А-В определяем имеется ли на диаграмме азеотропная точка и какой компонент можно выделить из системы.

Сначала рассчитаем количество молей в 1 кг исходной системы. Для этого определим среднюю молекулярную массу исходного раствора с молярной долей а % вещества А:

,

где М_А, М_В - молекулярная масса вещества А и В.

В 1 кг раствора содержится моль. В 1 кг раствора находится моль компонента А и моль компонента В.

Предположим, что имеется азеотропная точка и данный состав находится справа от этой точки и выделить ректификацией в чистом виде можно только компонент А. Весь компонент В в количестве перейдет в азеотропную смесь с молярным содержанием с % определяемым по диаграмме кипения. Молярная доля с % определяется как равновесное состояние пара соответствующей молярной доли а % в жидкости. Остальные % в азеотропном растворе составит компонент А:

Следовательно, в азеотропную смесь перейдет х моль компонента А, а в чистом виде можно выделить моль, или

кг компонента А.

Литература:

1. Барон, Н. М. Краткий справочник физико-химических величин/ Н. М. Барон, А. М. Пономарева, А. А. Равдель и др. - СПб.: Изд-во "Иван Федеров", 2003 - 240с.

2. Ипполитов, Е.Г. Физическая химия: учебник/ Е. Г. Ипполитов, А. В. Артемов, В. В. Батраков. -М.:РИЦ "Академия", 2005.-448с.

3. Кудряшов, И. В. Сборник примеров и задач по физической химии/ И. В. Кудряшов, Г. С. Каретников -М.: Высшая школа, 1991.-527с.

4. Физическая химия: учеб. пособие для студ. всех спец. / Н. В. Архипова и др. - Саратов: СГТУ, 2009. - 160 с.

5. Стромберг, А. Г. Физическая химия: Учебник для вузов / Под ред. А. Г. Стромберга. - М.: Высш. шк., 2001. 527 с.

6. Практические работы по физической химии: Учеб. пособие для вузов / Под ред. К. П. Мищенко, А. А. Равделя, А. М. Пономаревой. - СПБ: Профессия, 2002. - 384 с.

2