1 курс (энергетики) / защита работы 2 / Zaschita_2_bilet_3
.pdf
Защита 2. Билет 3
Задание 1
SO3(г) → SO2(г) + ½O2(г) |
Стандартная энтальпия реакции: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
T = 298K |
|
|
|
H |
0 |
|
|
H |
0 |
|
(продуктов р-ции) |
|
|
|
H |
0 |
(исх. веществ) |
|
|
||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
298 |
298 |
298 |
||||||||||||||||||
|
|
|
r |
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|||||||
P(SO3) = 106 Па |
f H0298 (SO2(г) ) 1 |
2 |
f H0298 (O2(г) ) f H0298 (SO3(г) ) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
P(SO2) = 5·104 Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
296,9 кДж/моль + 1 |
0 кДж/моль 395, 2 |
кДж/моль 98,3 кДж = |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
P(O2) = 5·10 |
4 |
Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 98300 Дж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Самопроизвольное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Стандартная энтропия реакции: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
протекание процесса – ? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rS0298 S0298 (продуктов реакции) S0298 (исходных веществ)
S0298 (SO2(г) ) 12 S0298 (O2(г) ) S0298 (SO3(г) )
248,1Дж моль К 12 205, 03Дж моль К 256, 23Дж моль К 94,385 Дж К
Изменение энергии Гиббса реакции при T=298K и стандартных условиях:
rG0298 r H0298 T rS0298 98300 Дж 298K 94,385 Дж К 70173 Дж
Переведем давления газов в относительные безразмерные величины:
P(SO3) = 106 Па = 106 10 105
P(SO2) = P(O2) = 5·104 Па = 5 104 0,5 105
Рассчитаем изменение энергии Гиббса при T = 298K и указанных парциальных давлениях газов,
исходя из уравнения изотермы Вант-Гоффа:
|
|
|
0 |
|
p(SO2 ) p1/2 |
(O2 ) |
|
Дж |
|
|
0,5 0,51/2 |
|
G |
|
G |
|
RT ln |
|
|
70173 Дж 8,31 |
|
моль К |
298К ln |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
r 298 |
r |
|
298 |
|
p(SO3 ) |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
61896Дж 61,9кДж
r G298 > 0, самопроизвольное протекание процесса невозможно
Задание 2
2SO2(г) + O2(г) → 2SO3(г)
T = 298К
V = 1л
m0(SO2) = 60 г m0(O2) = 40 г m(SO3) = 10 г
KC – ?
KP – ?
Начальные концентрации веществ:
[SO2 ]0 |
|
m0 (SO2 ) |
|
60 г |
|
|
0,9375 моль/л |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
M(SO2 ) |
V |
|
64 г/моль |
1л |
|||
[O2 ]0 |
|
m0 (O2 ) |
|
|
|
40 г |
|
1, 25 моль/л |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
M(O2 ) V |
32 г/моль 1л |
|||||||
Равновесная концентрация SO3: |
|
|
|
|||||||
[SO3 ]P |
|
m(SO3 ) |
|
10 г |
|
|
0,125 моль/л |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
M(SO3 ) |
V |
|
80 г/моль |
1л |
|||
Составим таблицу материального баланса:
Компонент |
|
|
|
|
|
2SO2 |
O2 |
2SO3 |
||
Начальный состав, моль/л |
|
|
0,9375 |
1,25 |
0 |
|||||
Изменение концентрации, моль/л |
0,125 |
0,0625 |
0,125 |
|||||||
Равновесный состав, моль/л |
|
0,8125 |
1,1875 |
0,125 |
||||||
Константа равновесия КС: |
|
|
|
|
|
|||||
KC |
[SO ]2 |
|
|
0,1252 |
0, 02 |
|
|
|||
|
3 P |
|
|
|
|
|
|
|||
[SO |
2 |
|
|
2 |
1,1875 |
|
|
|||
|
] [O |
] 0,8125 |
|
|
|
|
||||
|
|
2 P |
2 P |
|
|
|
|
|
|
|
Изменение количества газообразных веществ в ходе реакции:
(продуктов реакции) (исходных веществ)
(SO3 ) (SO2 ) (O2 ) 2 (2 1) 1
Константа равновесия КP:
KP = KC(RT)∆ν = 0,02·(0,082·298)–1 = 8,18·10–4
Константа равновесия не зависит от изменения давления.
Задание 3
Известны значения: T1, T2, k1, k2 , k1, k2
По этим данным можно определить следующие кинетические параметры:
1) Энергии активации прямой и обратной реакций. Их можно рассчитать исходя из уравнения
Аррениуса в интегральной форме: ln |
k |
2 |
|
|
|
E |
A |
1 |
|
|
1 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
k1 |
|
|
|
|
|
R |
T1 |
|
|
|
T2 |
|||||||||
Энергия активации прямой реакции: |
E |
|
|
|
|
|
R T1T2 |
|
ln |
k2 |
|
||||||||||
A |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
T2 |
T1 |
|
|
|
|
k1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Энергия активации обратной реакции: |
|
|
E |
|
|
|
R T1T2 |
|
ln |
k2 |
|||||||||||
|
|
A |
|
T2 T1 |
k1 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2) Температурные коэффициенты прямой и обратной реакций. Их можно рассчитать исходя из
|
k2 |
|
T2 T1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
правила Вант-Гоффа: |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
k1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T2 |
T1 k |
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Температурный коэффициент прямой реакции: 10 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
k1 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Температурный коэффициент обратной реакции: |
|
T2 |
T1 k |
2 |
|
||||||||||
|
10 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
k1 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3) Константы равновесия при температурах T1, T2:
KP |
|
k1 |
|
||
|
|
||||
1 |
k1 |
||||
|
|
||||
KP |
|
k2 |
|||
k2 |
|||||
2 |
|
||||
|
|
|
|||
4) Предэкспонециальные множители прямой и обратной реакций (исходя из уравнения
|
|
Ea |
|
|
|
|
|
|
|
Аррениуса): k k |
0 |
e RT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
A |
|
|
|
Предэкспоненциальный множитель прямой реакции: k0 |
k1 |
exp |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
RT1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
E |
A |
|
|
Предэкспоненциальный множитель обратной реакции: |
k0 k2 exp |
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
RT1 |
|
|||
По этим данным можно также определить следующие термодинамические параметры:
1)Тепловые эффекты прямой и обратной реакций
r H0 EA EA
r H0 EA EA
Или же тепловые эффекты можно рассчитать исходя из интегральной формы уравнения
|
|
|
|
|
|
|
|
КP |
|
|
H0 |
|
1 |
|
1 |
|
изобары Вант-Гоффа: ln |
2 |
r |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
КP1 |
|
R |
T1 |
|
T2 |
|||
|
H0 |
|
R T T |
ln |
КP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
r |
|
|
T2 |
T1 |
|
КP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) Изменение энергий Гиббса прямой и обратной реакций при двух температурах.
|
G0 |
RT ln K |
P |
|
r |
T |
1 |
||
|
1 |
|
|
1 |
|
G0 |
RT ln K |
P |
|
r |
T |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
G0 |
RT ln K |
P |
|
r |
T |
1 |
||
|
1 |
|
|
1 |
r GT02 RT2 ln KP2
3)Изменение энтропии прямой и обратной реакций, исходя из формулы rG0T r H0 TrS0
rS0 |
|
r H0 |
r GT0 |
|
1 |
||
|
T1 |
||
|
|
|
|
rS0 |
rS0 |
||