Задача 8б

Рассчитайте тепловой эффект гомогенной реакции

C₂H₆ + 7/2 O₂  2CO₂ + 3H₂O

при T = 298 K, если известны следующие данные:

1) H₂O_(г) = H₂O_(ж), H₁⁰ = -44 кДж/моль,

2) 2С + 3H₂ = C₂H₆, H₂⁰ = -84.7 кДж/моль, S₂^o = 229.5 Дж/моль·К,

3) H₂ + 1/2O₂ = H₂O_(ж), H₃⁰ = -285.8 кДж/моль, S₃^o = 70.0 Дж/моль·К,

4) CO₂ = 1/2С_(т) + O₂, H₄⁰ = 393.51 кДж/моль, S₄^o = -214.0 Дж/моль·К.

Рассчитайте константу данного равновесия при 25^оС и при 800 ^оС (в предположении, что в данном интервале температур энтальпии и энтропии образования участвующих в реакции веществ не зависят от температуры). При какой температуре выход продуктов выше? Как можно повысить выход продуктов в данной реакции? (30 баллов)

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

R = 8.31 Дж/моль·К

1 атм = 101.325 КПа

К_к (H₂S/HS^-) = 1.05·10^-7

К_к (HS^-/S^2-) = 1.23·10^-13

К_к (CH₃COOH/CH₃COO^-) = 1.74·10^-5

К_к (HN₃/N^-) = 1.90·10^-5

ПР (FeS) = 3.4·10^-17

ПР (CoS) = 1.8·10^-20

S^o(O₂) = 205 Дж/моль*К

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

R = 8.31 Дж/моль·К

1 атм = 101325 Па

К_к (H₂S/HS^-) = 1.05·10^-7

К_к (HS^-/S^2-) = 1.23·10^-13

К_к (CH₃COOH/CH₃COO^-) = 1.74·10^-5

К_к (HN₃/N^-) = 1.90·10^-5

ПР (FeS) = 3.4·10^-17

ПР (CoS) = 1.8·10^-20

S^o(O₂) = 205 Дж/моль*К

Решения Задача 1а

Рассчитаем количество затраченного водорода по уравнению Менделеева – Клапейрона:

n = PV/RT = 100 000 Па * 0.295 *10^-3 м³ / 8.31 Дж/моль*К/400 К = 0.009 моль. (3 балла)

Запишем состав минерала как AgY_yS_(1/2+2y). Тогда молярная масса минерала будет равна

M_r = 108 + y*A_r(Y) + 32*(1/2+2y) = 124 + 64y+ y*A_r(Y) (1),

где A_r – атомная масса элемента Y. А реакция с водородом будет иметь следующий вид:

AgY_yS_(1/2+2y) + yH₂ = ½ Ag₂S + yYS + yH₂S.

Тогда, из соотношения n_арг/_арг = n_H2/_H2 и из уравнения реакции получаем

0.009 * Mr / 10 = y или y = 9*10^-4*Mr (2).

Из соотношения масс серебра и элемента Y имеем

1*Ar(Ag) / (y*Ar(Y)) = 11.88, отсюда y*Ar(Y) = 9.09 (3).

Подставляя уравнение (3) в уравнение (1) имеем

M_r = 124 + 64y + 9.09 = 133.09 + 64y (4).

Решая систему уравнений (2) и (4) относительно y, получаем, что y = 0.125 (10 баллов).

Из уравнения (3) получаем, что Ar(Y) = 72.7. Следовательно, неизвестный элемент – германий (Ge) (2 балла), а минерал имеет состав AgGe_0.125S_0.75 или Ag₈GeS₆.

Задача 1 б

Рассчитаем количество затраченного кислорода по уравнению Менделеева – Клапейрона:

n = PV/RT = 100 000 Па * 2.145 *10^-3 м³ / 8.31 Дж/моль*К/400 К = 0.064 моль. (3 баллов)

Запишем состав минерала как AgY_yS_(1/2+3/2y). Тогда молярная масса минерала будет равна

M_r = 108 + y*A_r(Y) + 32*(1/2+1.5y) = 124 + 48y+ y*A_r(Y) (1),

где A_r – атомная масса элемента Y. А реакция с кислородом будет иметь следующий вид:

AgY_yS_(1/2+3/2y) + (½ + 3y)O₂ = Ag + y/2 Y₂O₃ + (½+1.5y) SO₂.

Тогда, из соотношения n_пир/_пир = n_O2/_O2 и из уравнения реакции получаем

0.064 * Mr / 10 = 0.5 + 3y или y = 2.1*10^-3*Mr -0.17 (2).

Из соотношения масс серебра и элемента Y имеем

1*Ar(Ag) / (y*Ar(Y)) = 2.66, отсюда y*Ar(Y) = 40.60 (3).

Подставляя уравнение (3) в уравнение (1) имеем

M_r = 124 + 48y + 40.60 = 164.60 + 48y (4).

Решая систему уравнений (2) и (4) относительно y, получаем, что y = 0.2 (10 баллов).

Ошибка в условии задачи – должно быть y = 0.33 (и Y – Sb)

Кто решил до этого места – 15 баллов.

Кто без расчётов установил, что Y = Sb – 3 балла.