12

Завдання 1. «Тепловий ефект хімічних реакцій»

Виразити залежність теплового ефекту реакції від температури і обчислити тепловий ефект для заданої температури, скориставшись рівнянням Кірхгофа. Порівняти тепловий ефект Н⁰_Т з тепловим ефектом при 298 К. Оцінити відносну зміну теплового ефекту (%) реакції при переході від 298 К до Т, К.

Рішення

Для розрахунку задано реакцію і температуру: С + CO₂ = 2CO Т=800 К

Таблиця 1 – Термодинамічні властивості речовин

Вещество	Фаза
С	тв.	-	5,70	17,17	4,27	-8,79	-		-
CO2	газ	393,78	213,78	44,14	9,04	-8,53	-		-
СO	газ	110,6	198,04	27,63	5,0	-	-		-

Для розрахунку теплового ефекту реакції використаємо метод інтегрування рівняння Кірхгофа:

звідки

Приймаємо Т₁ = 298 К, тоді в результаті інтегрування отримаємо:

(1)

Подінтегральний вираз в рівнянні в загальному випадку обчислюється таким чином:

В рівнянні (1) два доданки. Перший з них - тепловий ефект реакції для 298К обчислюємо на основі довідкових даних про стандартні теплоти утворення складних речовин з простих з обовязковим урахуванням стехіометричних коефіцієнтів реакції:

Розрахунок показує, що реакція проходить з поглинанням тепла – ендотермічна реакція.

У методі Кірхгофа розрахунок виконується не для кожної окремої речовини, а для реакції в цілому, на основі перерахунку відомого теплового ефекту для температури Т₁ до визначуваного для заданої температури. Для такого перерахунку необхідно знати залежність реакції від температури. Приймаючи, що теплоємність індивідуальних речовин залежить від температури згідно із законом

Дж/моль

для довільного інтервалу температур і відповідного цьому інтервалу значення маємо Дж/моль

де:, , і - різниця відповідних коефіцієнтів , і індивідуальних речовин:

Розрахуємо температурні коефіцієнти рівняння теплоємності для заданої реакції за табличними даними:

Таким чином, рівняння залежності теплоємності від температури має вигляд:

Розрахуємо зміну теплового ефекту для 800 К:

Визначимо відносну зміну теплового ефекту реакції:

Таким чином, розрахунки показують, що вплив температури на тепловий ефект реакції газифікації твердого вуглецю незначний.

Завдання 2. «Розрахунок ентропії хімічних реакцій»

Обчислити значення S⁰ реакції для заданої температури, інтегруючи рівняння з урахуванням всіх агрегатних перетворень реагентів. Порівняти величину ентропії S⁰_Т з аналогічною величиною при 298 К. Оцінити в % по відношенню до S⁰₂₉₈ змінення ентропії при переході до Т, К.