З а д а н и е 1

 

Для химической реакции с участием газообразных веществ, приведенной в табл.1, произвести следующие термодинамические расчеты:

1. Рассчитать тепловой эффект реакции при стандартной температуре при постоянном давлении ΔНи постоянном объеме ΔU.

2. Вычислить тепловой эффект реакции при температурах Т₁, Т₂, Т₃ по температурным зависимостям теплоемкостей. Построить график зависимости теплового эффекта реакции от температуры.

3. Определить температурный коэффициент теплового эффекта ΔС_р при температуре Т₂ графическим и аналитическим методами. Провести анализ результатов расчета на основании уравнения Кирхгофа.

4. Определить изменение энтропии и нормального сродства реакции при стандартной температуре. Провести анализ полученных результатов.

5. Рассчитать термодинамическую константу равновесия реакции Кпо методу Темкина – Шварцмана при температурах Т₁, Т₂, Т₃ . Провести анализ полученных результатов на основании изобары химической реакции.

6. Рассчитать значения рациональных констант равновесия К_р, К_с, К_N для заданной реакции при температуре Т_2.

7. На основании данных расчета в п.5 построить график зависимости термодинамической константы равновесия от температуры в координатах lnK = f(1/T). Определить тепловой эффект реакции при температуре Т₂ графическим методом и сравнить полученное значение с результатами расчетов п.2.

8. Вычислить равновесную степень превращения α и мольные доли компонентов равновесной смеси N_i при температуре Т₂ и общем давлении в системе Р_общ, если исходные вещества были смешаны в стехиометрических отношениях, а продукты реакции в исходной смеси отсутствуют.

9. Объяснить влияние общего давления в системе и парциальных давлений на стандартную константу равновесия К, константу равновесия К_N и равновесную степень превращения.

Таблица 1

№	Уравнения реакции	Т1, К	Т2, К	Т3, К	Роб.105 , Па
	СО2+3Н2↔СН3ОН+Н2О
	С2Н4+ Н2О↔С2Н5ОН
	С2Н4+ С2Н5ОН ↔ С2Н5ОС2Н5 диэтиловый эфир				1,5
	С2Н6+NH3 ↔ С2Н5 NH2				2,5
	С2Н4+H2S ↔ С2Н5HS
	2С2Н4+ С4Н10 ↔ С8Н18, октан
	3С2Н2 ↔ С6Н6
	С4Н8 + Н2О ↔ С4Н9ОН				1,5
	СН3СНО+Н2 ↔ С2Н5ОН ацетальдегид				2,5
	СН3ОН+НСl ↔ СН3Сl+Н2О				2,5
	СО+Н2↔НСНО, формальдегид				0,5
	С2Н2+С2Н4+С2Н6↔С6Н6+3Н2
	СН3СНО+ Н2О ↔НОСН2СН2ОН
	НСНО+ СН4 ↔ СН3СНО+Н2 Формальдегид ацетальдегид
	2СН4+СО ↔ СН3СОСН3+Н2
	2СО2+5Н2 ↔ СН3СНО+3Н2О ацетальдегид				0,5
	4NО2+О2+ Н2О ↔4 HNО3
	6NО2 + Н2О ↔4 HNО3+2NО				0,5
	2СН3ОСН3↔СН3СОСН3+СО+3Н2				0,5
	СН4+СО↔СН3СНО
	С2Н4+СО↔СН3СНО
	С6Н5NO2+3H2↔С6Н5NH2+Н2О				2,5
	С2Н5ОН+H2↔СН3ОН+CH4
	CO+3H2↔С2Н4+Н2О				2,5
	N2+3H2↔2NH3

 

 

З а д а н и е 2

 

1. Рассчитать мольную энтропию оксида углерода при 200° С и 50,67^.10⁵ Н/м², если энтропия при 25°С и 1,013^.10⁵ Н/м² равна 197,9 Дж/моль^.К, а зависимость мольной теплоемкости от температуры выражается уравнением

С_Р = 28,41+4,10^.10^-3Т –0,46^.10⁵ Т^-2 , Дж/(моль^. К).

2. Найти изменение энтропии при нагревании 2 моль кадмия от 25 до 727°С, если температура плавления 321°С и теплота плавления равна 6109 Дж/моль. С_Р(Cd_тв) = 22,22+12,30^.10^-3Т ; С_Р(Cd_ж) = 29,83 Дж/(моль^.К).

3. Определить изменение энтропии, если 0,0112 м³ азота нагреваются от 0°С до 50°С. Одновременно давление уменьшается от 1,013^.10⁵ Н/м² до 1,013·10³ Н/м². Теплоемкость равна 29,29 Дж/(моль^.К).

4. Найти изменение энтропии при изотермическом сжатии 1 моль паров бензола при 80 °С от 0,4053^.10⁵ до 1,013^.10⁵ Н/м² с последующей конденсацией и охлаждением жидкого бензола до 60 °С. Нормальная температура кипения бензола 80 °С; мольная теплота испарения бензола 30,88 кДж/моль; удельная теплоемкость жидкого бензола 1,799 Дж/(К·г).

5. В сосуд, содержащий 0,001 м³ воды при 20 °С, погружена железная пластинка массой 10 г, нагретая до 200 °С. Чему равно изменение энтропии, если С_Р(Fe_тв) = 25,52 Дж/(моль^.К); С_Р(Н₂О_ж) = 77,82 Дж/(моль^.К).

6. Определить изменение энтропии в процессе сжижения 1 моль метана, если начальная температура равна 25 °С, а конечная 111,8 К. Мольная теплота испарения метана при 111,8 К равна 8234 Дж/моль и мольная теплоемкость С_Р,г = 35,79 Дж/(моль^.К). Вычислить работу сжижения метана, приняв к.п.д. равным 10 %.

7. Рассчитать изменение энтропии 1 моль бензола при переходе из жидкого состояния при 25 °С в пар при 100 °С, если теплота испарения бензола 393,3 Дж/г, температура кипения бензола 80,2 °С, мольная теплоемкость жидкого бензола равна С_Р,ж = 136,1 Дж/(моль^.К), а мольная теплоемкость паров бензола С_Р,_г = -33,90 + 471,87^.10^-3Т Дж/(моль^.К).

8. Найти изменение энтропии при нагревании 1 моль ацетона от 25 °С до 100 °С, если удельная теплота испарения ацетона равна 514,6 Дж/г, температура кипения равна 56 °С, мольные теплоемкости жидкого ацетона С_Р,ж = 125 Дж/(моль^.К), паров ацетона С_Р,г = 22,47 + 201,8^.10^-3Т - 63,5^.10^-6Т² Дж/(моль^.К).

9. Рассчитать изменение энтропии при нагревании 2 моль метанола от 25 °С до 100 °С, если удельная теплота испарения СН₃ОН 1100,4 Дж/г, температура кипения 64,7 °С, мольные теплоемкости жидкого и газообразного метанола: С_Р,ж = 81,56; С_Р,г = 15,28 +105,2^.10^-3Т - 31,04^.10^-6Т² Дж/(моль^.К).

10. Вычислить изменение энтропии при нагревании 1 моль твердого брома от температуры плавления –7,32 до 100°С, если удельная теплота плавления равна 67,78 Дж/г, скрытая удельная теплота испарения равна 188,5 Дж/г, температура кипения равна 59 °С; С_Р,ж = 75,71 Дж/(моль^.К); мольная теплоемкость паров брома С_Р,г = 37,20 + 0,71^.10^-3Т - 1,19^.10^-5Т² Дж/(моль^.К).

11. Определить изменение энтропии при нагревании 1 моль этанола от 25 °С до 100 °С, если удельная теплота испарения С₂Н₅ОН 863,6 Дж/г, температура кипения 78,3 °С, мольные теплоемкости жидкого этанола С_Р,ж = 111,4 и газообразного С_Р,г = 19,07+212,7^.10^-3Т-108,6^.10^-6Т² ,

Дж/(моль^.К).

12. В термически изолированный сосуд, содержащий 5 кг воды при 30°С, вносят 1 кг снега, температура которого –10°С. Как возрастает энтропия в происходящем процессе, если теплота плавления снега 333,3 Дж/г, удельная теплоемкость снега 2,008 Дж/(г^.К), а удельная теплоемкость воды 4,184 Дж/(г^.К).

13. Каково изменение энтропии в системе, если 0,002 м² аргона при 100^оС и 20 000 кг/м² нагреваются, при этом объем увеличивается до 0,008 м², а давление до 12,16^.10 н/м².

14. Вычислите DS при нагревании 589 г кобальта от 298 К до 1600 °С, если при 464 °С a-Со переходит в b-Со, а при 1120 °С b-Со переходит в g-Со. Теплоты модификационных превращений a-Со ® b-Со и b-Со ® g-Со соответственно равны 251 Дж/моль и 0,40 кДж/моль. Температура плавления кобальта равна 1768 К, а l_{плавления} = 15,7 кДж/моль. Теплоемкости кобальта в различных состояниях равны, Дж/(моль·К):

С_Р(a-Со) = 21,38 + 14,31×10^-3×Т; С_Р(b-Со) = 11,97 + 21,04×10^-3×Т;

С_Р(g-Со) = 41,21; С_Р(Со_жид) = 35,14.

15. В 1 кг воды при 273 К положили кусок железа весом 500 г, нагретый до 100 °С. Вычислите изменение энтропии каждого тела и DS системы в целом после достижения телами температурного равновесия. С_Р(Н₂О_жид) = 4,2 Дж/(г·К); С_Р(Fe_тв) = 26,87 Дж/(моль·К). Систему считать изолированной.

16. Вычислите молярную энтропию монооксида углерода при 200 °С и давлении 50 атм., если его энтропия при 298 К и давлении 1 атм. равна 197,98 Дж/(моль·К), а зависимость теплоемкости от температуры выражается уравнением С_Р = 6,79 + 0,98×10^-3×Т кал/(моль·К).

17. Вычислите DS при переходе 1 моль ZrBr₄ из твердого состояния при 298 К в парообразное при температуре сублимации 357 °С, если l_субл при Т_субл равна 107,95 кДж/моль.

18. Вычислите DS при нагревании 10 моль железа от 20 °С до 1600 °С, если Т_пл = 1539 °С, а l_пл = 3,65 ккал/моль. При 760 °С a-Fe переходит в b-Fe, при 908 °С b-Fe переходит в g-Fe, а при 1401 °С g-Fe переходит в d-Fe. Теплоты соответствующих фазовых переходов равны: l_a®b = 2,76 кДж/моль; l_b®g = 920 Дж/моль; l_g®d = 1,17 кДж/моль. Теплоемкости железа в различных состояниях равны, Дж/(моль·К):

С_Р(a-Fe) = 16,32 + 28,45×10^-3×Т; С_Р(b-Fe) = С_Р(d-Fe) = 41,21;

С_Р(g-Fe) = 31,59 + 4,77×10^-3×Т;; С_Р(Fe_жид) = 34,10.

19. Вычислите DS при нагревании 585 г NaCl от 273 К до 1973 К, если Т_пл = 800 °С, Т_кип = 1465 °С, l_пл = 30,96 кДж/моль, а l_исп = 30,96 кДж/моль. Теплоемкости твердого, жидкого и газообразного NaCl равны, Дж/(моль·К):

С_Р,тв = 45,94 + 16,32×10^-3×Т; С_Р,жид = 66,53; С_Р,газ = 37,57 - 1,72×10⁵×Т^-2.

20. Вычислите DS при переходе 1 моль HgJ₂ из твердого состояния при 293 К в газ при Т_кип = 354 °С. При 130 °С a- HgJ₂ переходит в b- HgJ₂. Теплота перехода a®b равна 2,72 кДж/моль, Т_пл(b- HgJ₂) = 258 °С, l_пл = 4,6 ккал/моль, а l_исп при Т_кип равна 59,83 кДж/моль. Теплоемкости HgJ₂ равны (): С_Р(a- HgJ₂) = 77,4; С_Р((b- HgJ₂) = 84,51; С_Р(HgJ_2,жид) = 104,6.

21. Вычислите DS при переходе 1 г твердого циркония, взятого при 298 К, в жидкий Zr при Т_пл = 1860 °С, если при 852 °С a-Zr переходит в b-Zr. Теплота модификационного перехода a®b равна 0,92 ккал/моль, l_пл = 220 Дж/г, а теплоемкости модификаций циркония равны:

С_Р(a-Zr) = 6,83 + 1,12×10^-3×Т ; С_Р(b-Zr) = 30,41 .