Основы химической термодинамики

1.1 РАСЧЁТ СОСТАВА РАВНОВЕСНОЙ СМЕСИ
1. Рассчитайте тепловой эффект реакции А (табл.3.4) (кДж) при условии, что всё вещество, участвующее в реакции, находятся в идеальногазовом состоянии, используя справочные данные из краткого справочника физико-химических величин (КС).
2. Определите изменение энтропии (Дж/К) в ходе химической реакции А, протекающей в идеально-газовом состоянии при стандартном давлении и Т=298 К, используя справочные данные КС.
3. Определите изменение средней теплоёмкости для реакции А в интервале температур 298-Т (см. задание) (Дж/К), используя справочные данные КС.
4. Определите тепловой эффект реакции А при температуре Т и стандартном давлении (кДж). Проведите анализ влияния Т .
5. Определите изменение энтропии (Дж/К) для реакции А при температуре Т и стандартном давлении.
6. Определите изменение стандартной энергии Гиббса при 298К и температуре Т для химической реакции А.

7. Рассчитайте константу равновесия Ка реакции А при температурах 298 К и Т. Выразите в общем виде константы равновесия Кр и Кс реакции А через химическую переменную (глубину превращения) ξ, если исходные вещества В и С взяты в стехиометрических количествах при общем давлении Р и температуре Т. Все вещества, участвующие в химической реакции А, находятся в идеальном газообразном состоянии.
8. Напишите уравнение, связывающее константу равновесия Кр реакции А с химической переменной ξ (глубиной превращения).
9. Определите глубину превращения ξ для реакции А при атмосферном давлении, температурах 298 К и Т при условии, что исходные вещества взяты в стехиометрических количествах.
10. Определите глубину превращения ξ для реакции А при атмосферном давлении, температурах 298 К и Т при условии, что исходные вещества взяты в соотношениях, указанных в таблице
11. Определите степень превращения исходных веществ при температуре Т и стехиометрической и нестехиометрическом соотношении.
12. Определите выход продуктов реакции А при температуре Т и стехиометрической и нестехиометрическом соотношении.
13. Определите состав равновесной смеси (мольн. %) для химической реакции А при температурах 298 К и Т.
14. Проведите анализ влияния изменения давления, температуры и добавки инертного компонента на равновесие для химической реакции А.

СО + 3Н2 = СН4 + Н2О(газ)
Рассчитаем тепловой эффект реакции А при Т=298 К ( по закону Гесса):
Для расчета теплового эффекта используем справочные данные [КС, табл 40, 44].
Рекомендуется свести справочные данные в таблицу следующего вида

Тепловой эффект при 298 К:
Определим изменение энтропии в ходе химической реакции при 298 К
Определим изменение средней теплоемкости для нашей реакции в интервале температур 298÷900 К.

Определим тепловой эффект при заданной температуре Т=900 К для нашей реакции. Тепловой эффект при заданной температуре находится по интегральной форме уравнения Кирхгофа:
Определим изменение энтропии для нашей реакции при Т= 900 К

Определим изменение энергии Гиббса при Т = 298 К и Т = 900 К и давлении р=1 атм
Рассчитаем константу равновесия для нашей реакции при Т= 298 К и Т= 900 К

Для выражения константы равновесия через химическую переменную составим следующую таблицу
Величина химической переменной связана с уравнением
Знак «+» используется для продуктов реакции, «-» – для исходных веществ

Связь между константами Ка ,Кр и Кn выглядит следующим образом:
для нашей реакции выражение константы равновесия имеет вид:
Суммарное число моль:

Изменение стехиометрических коэффициентов в процессе реакции:
Определим глубину превращения для реакции А при стехиометрическом соотношении исходных веществ, атмосферном давлении и Т= 298 К и Т= 900 К:

Определим глубину превращения при Т = 298К и Т = 900К для реакции А при р = 1 атм и нестехиометрическом соотношении исходных веществ.
Для нахождения составим таблицу
Выражение для константы равновесия

Выражение для константы равновесия при р = 1 атм

Расчет степени превращения исходных веществ
Расчёт равновесного выхода продуктов реакции
Определим равновесный состав (в мольных долях) при Т = 298 К и Т = 900 К при стехиометрическом и нестехиометрическом соотношении реагентов
Проведём анализ влияния добавления инертного компонента и давления на равновесие (по правилу Ле Шателье)

1.2. Гетерогенная реакция. Определение парциального давления

Fe + CO2 = FeO + CO
Рассчитаем тепловой эффект реакции Х при температуре 298 К. Данные для расчета возьмем в [КС] табл.44:
кДж

Рассчитаем изменение энтропии при Т = 298 К
Определим изменение стандартной энергии Гиббса при Т = 298 К
Определим константу равновесия