Курсовая работа. Термодинамический расчет для химической реакции〖Сu〗_2 O+CO=2Cu+CO_2 в интервале температур от 298 до 1500 К - файл n1.docx

Курсовая работа. Термодинамический расчет для химической реакции〖Сu〗_2 O+CO=2Cu+CO_2 в интервале температур от 298 до 1500 К
Скачать все файлы (43.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.docx44kb.31.03.2014 08:42скачать

n1.docx

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
________________ИЦМиМ_________________

институт

______________КМиФХМП_______________

кафедра

КУРСОВАЯ РАБОТА
_____Провести термодинамический расчет для химической реакции_____

тема работы
______в интервале температур по индивидуальному заданию_______

Студент, __ФО 07-02__ __________ _И. А. Парфирьева_

номер группы подпись, дата инициалы, фамилия

Руководитель __________ _________________

подпись, дата инициалы, фамилия


Красноярск 2011

содержание

Введение 2

Задание 3

1 Расчет теплового эффекта при стандартных условиях 4

2 Расчет теплового эффекта по уравнению Кирхгофа 5

3 Расчет изменения изобарно-изотермического потенциала 7

Заключение 9

Список использованных источников...........................................................9
ВВЕДЕНИЕ

Термодинамика - наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений. Термодинамика базируется только на экспериментально обнаруженных объективных закономерностях, выраженных в двух основных началах термодинамики.

Термодинамика изучает:

  1. Переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой;

  2. Энергетические эффекты, сопровождающие различные физические и химические процессы и зависимость их от условий протекания данных процессов;

  3. Возможность, направление и пределы самопроизвольного протекания процессов в рассматриваемых условиях и различные виды равновесия.

Изучение законов, которые описывают химические и физические равновесия, имеет особое значение в химической термодинамике; их знание позволяет решать, не прибегая к опыту, многие важнейшие задачи, встречающиеся в производственной, проектной и научно-исследовательской работе. Главными задачами являются следующие:

  1. определение условий, при которых данный процесс становится возможным (без совершения работы извне);

  2. нахождение пределов устойчивости изучаемого вещества (совокупности веществ) в тех или иных условиях;

  3. выяснение, каким путем можно уменьшить количество получающихся при реакции нежелательных веществ или даже вовсе избежать их образования, т.е. подавить или устранить побочные реакции;

  4. выбор оптимального режима процесса (температуры, давления, концентрации реагентов) и т.д.

Целью термодинамического расчета является определение теплового эффекта заданной химической реакции и возможность ее протекания в заданном интервале температур.


ЗАДАНИЕ

Провести термодинамический расчет для химической реакции в интервале температур от 298 до 1500 К:
.

В таблице 1 приведены справочные данные некоторых термодинамических величин [1].
Таблица 1 – Термодинамические величины [1]

Вещество












Теплоемкость, Дж/(мольK)






Коэффициенты уравнения










-167,36

93,93

62,34

23,85

-




-



-110,5

197,4

28,41

4,1

-0,46




-



0

33,3

22,64

6,28

-

1356

13,02



-393,5

213,6

44,14

9,04

-8,53




-



1 Расчет теплового эффекта химической реакции при стандартных условиях
Тепловым эффектом реакции называется теплота, выделяющаяся или поглощающаяся при реакции, протекающей термодинамически необратимо при равенстве температур начала и конца процесса.

За стандартные условия принимают температуру 298 К и давление 0,1 МПа. Расчеты тепловых эффектов химических реакций основаны на законе Гесса: "Тепловой эффект химических реакций зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути процесса". Закон Гесса применим к процессам, которые проводят при постоянном объеме или давлении.

Тепловые эффекты химических реакций в стандартных условиях можно рассчитать по табличным значениям стандартных теплот образования Н0обр или стандартных теплот сгорания Н0сгор.

Стандартной теплотой образования данного вещества называется тепловой эффект образования 1 моля рассматриваемого вещества из простых веществ, устойчивых в этих условиях.

Стандартной теплотой сгорания данного вещества называется тепловой эффект реакции окисления 1 моля этого вещества кислородом с образованием высших оксидов, входящих в это вещество.

По закону Гесса следует, что тепловой эффект реакции равен разности между стандартными теплотами образования продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометричемких коэффициентов.

, (1)

где – тепловой эффект химической реакции при стандартных условиях;

– стехиометрические коэффициенты.

Если тепловой эффект реакции положительный, то процесс называется эндотермическим, если тепловой эффект реакции отрицательный, то процесс называется экзотермическим.
Подставляя числовые значения, получим:

.

Реакция является экзотермической, проходит с выделением тепла.
2 Расчет теплового эффекта химической реакции по уравнению Кирхгофа
Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры выражается уравнением Кирхгофа:

, (2)

где – тепловой эффект химической реакции при температуре Т;

– разность теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.
(3)

Для расчетов необходимо знать зависимость теплоемкости от температуры для исходных веществ и продуктов реакции, выражаемую уравнением (4):

, (4)

где ?, ?, ? - коэффициенты, которые определяются опытным путем.

Подставляем в уравнение (4) значения из таблицы 1:

,

,

,

.
При температуре 1356 К, входящей в интервал расчета, медь претерпевает фазовое превращение первого рода.

Удельная теплоемкость меди в жидком состоянии:

.
Из уравнений (3), (4) следует:

, (5)

где , , – разность коэффициентов ?, ?, ? продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

, (6)

, (7)

. (8)
Для процесса, проходящего в интервале температур 298–1356 К, получим разность коэффициентов ?, ?, ?:

.



.

.

Согласно выражению (5), уравнение зависимости теплоемкости от температуры, в интервале температур 298–1356 К, выглядит следующим образом:

.
Аналогично производим вычисления зависимости теплоемкости от температуры, в в интервале температур 1356–1500 К, учитывая уравнение температурной зависимости удельной теплоемкости меди при температуре фазового перехода.

.



.

.

.


Уравнение теплового эффекта химической реакции, с учетом фазового перехода, будет иметь вид:

, (9)

Проинтегрировав уравнение (9) и подставив числовые значения температур, получим:

, (10)

где

Подставляя остальные числовые значения, получим:







.
Значение теплового эффекта химической реакции . Это означает, что в ходе реакции выделяется тепло. Процесс является экзотермическим.
3 Расчет изменения изобарно-изотермического потенциала
Критерием принципиальной осуществимости процесса при постоянном давлении и температуре является изменение изобарно-изотермического потенциала (энергии Гиббса).

(11)

где - изменение энтальпии;

– изменение энтропии.

Условие принципиальной осуществимости процесса, т.е. возможности протекания реакции в прямом направлении без затраты энергии, является неравенство . Неравенство свидетельствует о невозможности протекания процесса. Признаком завершенности процесса и установлении термодинамического равновесия в системе является условие .

Для начала рассчитаем величину - разность стандартных абсолютных энтропий продуктов реакции и исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов:

. (12)
.

Уравнение для с учетом фазового перехода будет иметь вид:

, (13)

где = - изменение энропии при фазовом переходе.

Предварительно проинтегрировав уравнение (13), подставим числовые значения:







.

Уравнение изменения энергии Гиббса имеет вид:

. (14)

Рассчитаем данную величину:

.

Изменение энергии Гиббса при 1500К:





Возможен самопроизвольный процесс в прямом направлении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведен расчет химической реакции.

Реакция протекает с выделением тепла и является экзотермической, так как  Н< 0.

Реакция термодинамически возможна в области температур начиная с 298К до 1500К, так как в этой области температур энергия Гиббса G < 0.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Краткий справочник физико – химических величин / К. П. Мищенко [и др.]; под ред. А. А.. Равделя; – Л.: Химия, 1983. – 232 с.
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации