Основы физической химии

КонтрольнаяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Вывод: Изменение температуры привело к уменьшению потенциала по сравнению с процессом при стандартных условиях, а это означает что глубина реакции в закрытой системе увеличилась ДF <0; -185,87>0. U (450)=-572,39-(-3)*0,8 314*450=-561,17 кДж Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект данной реакции в изохорно-изотермическом процессе уменьшился на 9,96 кДж, реакция идет… Читать ещё >

Основы физической химии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Министерство науки и образования Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

" Пермский государственный технический университет"

Березниковский филиал Кафедра химической технологии и экологии Расчетная работа Основы физической химии

1. Задание.

Определить ?Н, ?U, ?S, ?F, ?G реакции при постоянном давлении р = Па и Т = 450 К.

Справочные материалы.


Вещество	кДж/моль	Дж/моль*К	кДж/моль	Коэффициенты уравнения
				a	b*
	— 1675,69	50,92	— 1582,27	114,55	12,89	— 34,31
	— 395,85	256,69	— 371,17	64,98	11,75	— 16,37
	— 3441,80	239,20	— 3100,87	366,31	62,59	— 112,47

1.1 Расчет теплового эффекта реакции Расчет теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях (H):

?= ?-(?)

?-3441,80-(-1675,69+3(-395,85))=-578,56 кДж Вывод: В стандартных условиях данный процесс является экзотермический, реакция идет с выделением тепла.

Расчет теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре (H):

?с=0, т.к. все вещества неорганические

?a ==366,31-(114,55+3*64,98)=56,82

?b ==62,59-(12,89+3*11,75)=14,45*1

?=)=-112,47-(-34,31−3*16,37)=-29,05*1

?=-578 560+56,82+14,45*1T-29,05*1/)dT= -578 560+56,82+14,45*1 -29,05*1= -578 560+56,82(450−298)+14,45*½*(45−29)-29,05*1((450−298)/298*450)=-578 560+8636,64+821,45−3292,77=-572,39 кДж Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект реакции изменился на 6,17 кДж, реакция осталась экзотермической.

Расчет теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях (U):

?Н=?U+p?V; ?U=?H-p?V

p?V=?nRT

?U=?H-?nRT

?n=??= 0 — 3 = -3; ?n = -3

R=8,314 Дж/моль*К

?U (298)=-578,56-(-3)*0,8 314*298=-571,13 кДж Вывод: В изохорно-изотермическом процессе, при стандартных условиях реакция протекает с выделением тепла, т. е. процесс экзотермический.

Расчет теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре (U):

?U (450)=-572,39-(-3)*0,8 314*450=-561,17 кДж Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект данной реакции в изохорно-изотермическом процессе уменьшился на 9,96 кДж, реакция идет с выделением тепла.

1.2 Определение направления протекания химического процесса Определение направления протекания реакции в изолированной системе (S):

а) в стандартных условиях:

?(298) =(298- ((298 + 3*(298)

?(298) =239,2-(50,92+3*256,69)=-581,79 Дж Вывод: При взаимодействии оксида алюминия с оксидом серы (VI) в изолированной системе получилось, что? S<0, поэтому процесс невозможен.

б) при заданной температуре:

?с=0, т.к. все вещества неорганические

?(T)=?(450)+

?(450)=-581,79+56,82+14,45*1*T-29,05*1/)dT/T= -581,79+56,82+14,45*1−29,05*1= -581,79+56,82*ln450/298+14,45*1(450−298) — 29,05*1*½*((45−29/29*45)=-581,79+23,42+2,196−9,15=-565,32 Дж Вывод: При увеличении температуры на 152 К энтропия увеличилась на 16,466 Дж, но осталась отрицательной. В изолированной системе процесс невозможен. Расчет изобарно-изотермического потенциала (G):

а) в стандартных условиях

?(298) =(298- ((298 + 3*(298)

?(298) =-3100,87-(-1582,27+3*(-371,17))=-405,13 кДж/моль Вывод: При взаимодействии оксида алюминия с оксидом серы (VI) в стандартных условиях? G<0, поэтому процесс самопроизвольный.

?(298) = ?Н (298)-Т?(298)

?(298) = -578 560−298*(-581,79)=-405,19 кДж

% ош.=((-405,13+405,19)/(-405,13))*100=0,01% ,

т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.

Вывод: В закрытой системе изобарно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ?G<0.

б) при заданной температуре

?(450) = ?Н (450)-450*?(450)

?(450) = -572 390−450*(-565,32)=-317,996 кДж При увеличении температуры на 152 К, энергия Гиббса увеличилась на 87,194 кДж, отсюда следует, что чем больше температура, тем больше энергия Гиббса. В закрытой системе изобарно-изотермический процесс остался самопроизвольным, т.к. ?G<0. Дальнейшее повышение температуры не выгодно, т.к. ?G стремится к нулю и процесс от самопроизвольного перейдет в равновесный, а затем в не самопроизвольный.

Расчет изохорно-изотермического потенциала (F):

а) в стандартных условиях

1 способ:

?F = ?U-T?S

?F (298)=-571 130−298*(-581,79)=-397,76 кДж

2 способ:

?F (298)=?G-?nRT

?F (298)=-405,13-(-3)*298*0,8 314=-397,7 кДж

%ош.=((-397,76+397,7)/(-397,76))*100=0,02%,

т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.

Вывод: В закрытой системе при стандартных условиях изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ?F<0.

б) при заданной температуре

1 способ:

?F (450)= -561 170−450*(-565,32)=-306,78 кДж

2 способ:

?F (450)=-317,996-(-3)*450*0,8 314=-306,78 кДж

%ош.=((-306,78−306,78)/(-306,78))*100=0%,

т.к процент ошибки равен нулю, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.

Вывод: При увеличении температуры энергия Гельмгольца увеличилась. В закрытой системе изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно.

Вывод:


Т, К	?Н, кДж	?U, кДж	?G, кДж/моль	?F, кДж	?S, Дж
	— 578,56	— 571,13	— 405,19	— 397,76	— 581,79
	— 572,39	— 561,17	— 317,996	— 306,78	— 565,32

С увеличением температуры тепловые эффекты изобарно-изотермического и изохорно-изотермического процессов увеличились.

В данной работе? Н, ?S, ?G получились отрицательными, отсюда следует, что процесс протекает самопроизвольно, но при невысоких температурах.

При увеличении температуры энергия Гиббса и энергия Гельмгольца увеличились, значит система стремиться к равновесию (в условиях равновесия? F, ?G достигают минимума).

2. Задание: Определить ДH, ДU, ДS, ДF, ДG, реакции при постоянном давлении P=1.013 * 10⁵ Па.

СdO₍_т₎ + H₂SO₄ ₍_ж₎ = CdSO_{4 (}_т₎ + H₂O ₍_г₎

Реакция протекает при температуре 511 градусов Цельсия .

Исходные данные


Вещест-во	ДHf^?₂₉₈ кДж/моль	S^?₂₉₈ Дж/моль*К	ДGf^?₂₉₈ кДж/моль	С_р298 Дж/моль*К	Коэф. уравнения С_р^?= f (T)
					a	b * 10³	cґ * 10^-5
H₂O	— 241,81	188,72	— 228,61	33,61	30,00	10,71	0,33
CdO	— 258,99	54,81	— 229,33	43,64	48,24	6,38	— 4,90
H₂SO₄	— 813,99	156,90	— 690,14	138,91	156,9	28,3	— 23,46
Cd SO₄	— 934,41	123,05	— 828,88	99,62	77,32	77,40	;

2.1 Расчёт теплового эффекта реакции Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях ДН_r^? ₍₂₉₈₎ = (ДН_f^? ₍₂₉₈₎ _CdSO₄ + ДН_f^? ₍₂₉₈₎ _H₂_O) — (ДН_f^? ₍₂₉₈₎ _CdO + ДН_f^? ₍₂₉₈₎ _H₂_SO₄)

ДН_r^? ₍₂₉₈₎ = (-934,41 — 241,81) — (-258,99 — 813,99) = -103,24 кДж.

Вывод: При реакции в стандартных условиях, произошло выделение тепла в количестве 103,24 кДж как следствие реакция является экзотермической.

Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре ДH₍_T₎ = ДН_r^? ₍₂₉₈₎ + ;

Дa = (Дa _CdSO₄+ Дa _H₂_O) — (Дa _CdO+ Дa _H₂_SO₄)

Дa = (77,32+30,00) — (48,94+156,90) = -97,82 ;

Дb = (Дb _CdSO₄+ Дb _H₂_O) — (Дb _CdO+ Дb _H₂_SO₄)

Дb = (77,40+10,71) — (6,38+28,30) = 53,43 * 10^-3

Дcґ =(Дcґ_CdSO₄+ Дcґ_H₂_O) — (Дcґ_CdO+ Дcґ_H₂_SO₄)

Дcґ = (0 + 0.33) — (-4,90−23,46) = 28,69 * 10⁵

Дc = 0, т.к. все вещества неорганические.

ДH₍₅₁₁₎ = -103,24 * 10³ + =

= -103,24 * 10³ + (-97,82) * (511−298) + * (511² — 298²) + -103 240 — 20 835,66 + 4603,45 + 4050,80 = -115,42 kДж.

Вывод: Увеличение температуры привело к увеличению количества теплоты выделившегося в следствии реакции.

Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях

ДU = ДН — ДnRT

Дn = Дn_кон. — Дn_нач

Дn=1−0=1

Газовая постоянная R = 8.314 Дж/моль*К ДU₍₂₉₈₎= ДН_r^? ₍₂₉₈₎ -Дn*R*T

ДU₍₂₉₈₎ = -103,24 * 10³ -1 * 8,314 * 298 = -103 240 — 2477,57 = -105,72 кДж.

Вывод: Внутренняя энергия реакции в изохорном процессе составила 100,76 килоджоуля.

Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре ДU₍₅₁₁₎= ДН_r^? ₍₅₁₁₎ -Дn*R*T

ДU₍₅₁₁₎ = -115,42 * 10³ — 1 * 8,314 * 511 = -115 420 — 4248,45 = - 119,67 кДж.

Вывод: Как и в изобарном процессе увеличение температуры приводит к увеличению внутренней энергии реакции на 18,91 кДж.

2.2 Определение направления протекания химического процесса Определение направления протекания данной реакции в изолированной системе Определение направления протекания реакции в стандартных условиях ДS^? ₍₂₉₈₎ = (S ₍₂₉₈₎ _Cd SO4 + S ₍₂₉₈₎ _H2O) — (S₍₂₉₈₎ _{Cd O} + S ₍₂₉₈₎ _H2SO4)

ДS^? ₍₂₉₈₎ = (123,05+188,72)-(54,81+156,90)= 100,06

Вывод: Так как энтропия S больше ноля 100,06>0 то процесс реакции в изолированной системе протекает самопроизвольно без внешнего воздействия. Определение направления протекания реакции при заданной температуре.

ДS₍_T₎ = ДS^? ₍₂₉₈₎ + ;

ДS ₍₅₁₁₎ = 100,06 + = 100,06 — 97,82 + 53,43 * 10^-3 + 28,69 * 10⁵ = 100,06 — 97,82 + 53,43 * 10^-3 * (511−298) + * = 121,66

Вывод: Изменение температуры привело к увеличению энтропии по сравнению с процессом при стандартных условиях. Следовательно повышение температуры ведёт к увеличению неупорядоченности и увеличению количества соударений молекул при реакции.

Определение направления протекания химического процесса в закрытой системе Расчёт изобарно — изотермического потенциала в стандартных условиях ДG_r^? ₍₂₉₈₎ = (G ₍₂₉₈₎ _Cd SO4 + G ₍₂₉₈₎ _H2O) — (G ₍₂₉₈₎ _{Cd O} + G₍₂₉₈₎ _H2SO4)

ДG_r^? ₍₂₉₈₎= (-823,88 — 228.61) — (-229,33 — 690.14) = -133,02 кДж/моль.

Вывод: Изобарно — изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ДG_r^? < 0; -133,02<0 .

Произведем расчет изобарно — изотермического потенциала по другой формуле:

ДG_r^? ₍₂₉₈₎ = ДН_r^? ₍₂₉₈₎ — Т* ДS^? ₍₂₉₈₎

ДG_r^? ₍₂₉₈₎ = -103,24 * 10³ — 298 * 100,06 = -133,06 кДж/моль.

Найдем процент ошибки:

% ошибки =

Расчет можно производить любым способом, т.к. процент ошибки не существенен. Расчёт изобарно — изотермического потенциала при заданной температуре ДG_r^? ₍₅₁₁₎ = ДН_r^? ₍₅₁₁₎ — Т* ДS^? ₍₅₁₁₎

ДG_r^? ₍₅₁₁₎ = -119,46 * 10³ — 511 * 121,66 = -181,63 кДж/моль.

Вывод: Увеличение температуры никак не повлияло на процесс реакции в закрытой системе, она по прежнему идёт самопроизвольно ДG_r^? < 0; -181,63<0. Расчёт изохорно — изотермического потенциала в стандартных условиях.

ДF₍₂₉₈₎ = ДU₍₂₉₈₎ — T* ДS^? ₍₂₉₈₎

ДF₍₂₉₈₎ = -105,72 * 10³ — 298 * 100,06 = -135,53 кДж.

Вывод: Изохорно — изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ДF < 0; -135,53<0

Расчёт изохорно — изотермического потенциала при заданной температуре ДF₍₅₁₁₎ = ДU₍₅₁₁₎ — T* ДS^? ₍₅₁₁₎

ДF₍₅₁₁₎ = - 123,70 * 10³ — 511 *121,66 = -185,87кДж.

Вывод Рассмотренная реакция оксида кадмия и серной кислоты идёт самопроизвольно на это указывают все характеристики реакции, а рассмотренное увеличение температуры реакции её ничуть не замедляет. Всё это позволяет сделать вывод о том что увеличение температуры реакции позволяет увеличить её глубину и полноту. При этом реакция останется самопроизвольной.


T, K	ДH, кДж	ДU, кДж	ДS,	ДG, кДж/моль	ДF, кДж
	— 103,24	— 105,72	100,06	— 133,02	— 135,53
	— 115,42	— 119,67	121,66	— 181,63	— 185,87

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой