Термодинамические расчеты соединений
Расчет изобарно-изотермического потенциала. Расчет основных термодинамических функций. Оценка вероятности протекания химических реакций в заданных условиях и определение их направления, предпочтительности протекания одной реакции перед другой.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.04.2014 |
| Размер файла | 162,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Исходные данные
2. Расчет изобарно-изотермического потенциала
2.1 Расчет ДGтє по уравнению Гиббса (первый метод)
2.2 Расчет ДGтє по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
3. Расчет ДGтє химической реакции образования соединения CuFeO2
3.1 Расчет ДG400є
3.1.1 Расчет ДG400є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
3.1.2 Расчет G0400 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)
3.2 Расчет ДG500є
3.2.1 Расчет ДG500є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
3.2.2 Расчет G0500 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)
3.3 Расчет ДG600є
3.3.1 Расчет ДG600є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
3.3.2 Расчет G0600 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод).
3.4 Расчет ДG700є
3.4.1 Расчет ДG700є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
3.4.2 Расчет G0700 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)
3.5 Заключение
4. Расчет ДGтє химической реакции образования соединения CuFe2O4
4.1 Расчет ДG400є
4.1.1 Расчет ДG400є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
4.1.2 Расчет G0400 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)
4.2 Расчет ДG500є
4.2.1 Расчет ДG500є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
4.2.2 Расчет G0500 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)
4.3 Расчет ДG600є
4.3.1 Расчет ДG600є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
4.3.2 Расчет G0600 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)
4.4 Расчет ДG700є
4.4.1 Расчет ДG700є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
4.4.2 Расчет G0700 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)
4.5 Заключение
ВЫВОД
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
В курсовой работе следует рассчитать основные термодинамические функции:
энтальпии, энтропии, изобарно-изотермические потенциалы химических реакций образования 2-х соединений: CuFeO2; CuFe2O4 в интервале температур от 298 до 700 К. Термодинамические расчеты позволяют оценить возможность (вероятность) протекания химических реакций в заданных условиях, определить их направление и предпочтительность (очередность) протекания одной реакции перед другой.
Цель курсовой работы: освоение термодинамического метода исследования системы «CuO ?? FeO» и системы «CuO ?? 2FeO», а также протекающих в них химических реакций образования соединений CuFeO2 и CuFe2O4.
термодинамический реакция химический изотермический
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
1) Формулы соединений: CuFeO2 и CuFe2O4.
2) Интервал температур: 298…700 К.
3) Термодинамические величины компонентов систем «CuO ?? FeO» и системы «CuO ?? 2FeO» приведены в таблице 1.
Таблица 1 ?? Термодинамические величины соединений
|
Формула простых веществ и соединений |
Теплота образования из элементов, -H0 298, кДжмоль-1 |
Энтропия S0 298, Джмоль-1К-1 |
Теплоемкость Cp, Джмоль-1К-1 |
|||
|
Коэффициенты уравнения Cp = а + вТ - СТ -2 |
||||||
|
а |
b103 |
cґ10-5 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
CuO |
157,03 |
42,63 |
43,83 |
16,76 |
5,88 |
|
|
FeO |
266,65 |
59,44 |
51,82 |
-6,78 |
-1,59 |
|
|
CuFeO2 |
592,6 |
88,7 |
95,6 |
10,63 |
16,65 |
|
|
CuFe2O4 |
959,0 |
141,0 |
138,62 |
119,41 |
22,76 |
4) Реакции образования соединений в смесях с соотношением исходных элементов компонентов 1:1 следующие:
CuO + FeO = CuFeO2,
CuO + 2FeO = CuFe2O4.
5) Определяем 5 значений температур для проведения термодинамических расчетов: 298, 400, 500, 600, 700 К.
2. РАСЧЕТ ИЗОБАРНО-ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
2.1 Расчет ДGтє по уравнению Гиббса (первый метод)
Исходные данные: ДНє298, ДSє298, Cp = а + вТ + СТ -2 веществ, участвующих в химической реакции.
1)Определяем энтальпию реакции при стандартной температуре 298 К.
(1)
2) Находим изменение коэффициентов: Да, Дв, Дсґ,определяющих зависимость Ср = ѓ(Т).
Да = Уа(продуктов) - Уа(исходных веществ)
Дв = Ув (продуктов) - Ув(исходных веществ)
Дсґ= Ус(продуктов) - Ус(исходных веществ) (2)
3) Находим энтропию химической реакции при 298 К.
(3)
4) Определяем теоретическое значение изменения изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре Т по уравнению Гиббса:
(4)
Для этого находим энтальпию реакции по уравнению
(5)
и энтропию реакции по уравнению
(6)
Подставляя выражения (6) и (5) в (4), получим уравнение, по которому будем вычислять изобарно-изотермический потенциал реакции при температуре Т:
. (7)
Рассчитываем значение величины интеграла .
(8)
5) Рассчитываем значения величины интеграла .
(9)
2.2 Расчет G0T по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
Исходные данные: H0298, S0298, а, b, с для химической реакции уже вычислены при расчете G0T по уравнению Гиббса.
1) Вычисляем изобарно-изотермический потенциал при стандартной температуре 298К.
. (10)
2) Определяем теоретическое значение по уравнению Гиббса - Гельмгольца
(11)
Для этого преобразуем это уравнение, умножая его на величину Т-2. Получаем
или .
Интегрируя выражение получаем значение -. Умножая это значение на Т получаем .
По уравнению (12) будем рассчитывать G0T реакции для всех значений температуры.
3)Определяем первую константу интегрирования .
(13)
1) Определяем вторую константу интегрирования у.
(14,15)
3. РАСЧЕТ ДGТє ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ CuFeO2
3.1 РАСЧЕТ ДG400є
3.1.1 Расчет ДG400є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
1) Определяем энтальпию реакции при 298 К.
H0298 = H0298(CuFeO2) - H0298(CuO) - H0298(FeO) = -592,6 +157,03 + +266,65= -168,92 кДж*моль-1.
Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: a, b, cґ.
a = 95,6 - 43,83 - 51,82 = -0,05.
b = (10,63 - 16,76 +6,78)*10-3 = 0,65*10-3.
cґ= (16,65 - 5,88 + 1,59)*105 = 12,36*105.
3) Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.
S0298 = S0298 (CuFeO2) - S0298 (CuO) - S0298(FeO) = 88,7 - 42,63 - 59,44= = -13,37 Дж*моль-1*К-1
4) Находим значения величин интеграла.
dT = ((-0,05)*400 + 0,5*0,65*10-3*4002 - 12,36*105*400-1) -
- ((-0,05)*298 + 0,5*0,65*10-3*2982 - 12,36*105*298-1) = 1075,7 Дж*моль-1*К-1
5) Находим значения величины интеграла.
dT = ((-0,05)*ln400 + 0,65*10-3*400 - 0,5*12,36*105*400-2) -
- ((-0,05)*ln298 + 0,65*10-3*298 - 0,5*12,36*105*298-2) = 3,15 Дж*моль-1*К-1
6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 400 К.
G0400 = -168920 + 1075,7 + 400*13,37 - 400*3,15 = -163756 Дж*моль-1*К-1= -163,7 кДж*моль-1*К-1
3.1.2 Расчет G0400 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.
G 0298 = -168920 + 298*13,37 = -164936 Дж*моль-1*К-1
2) Вычисляем постоянную интегрирования H0.
H0 = -168920 + 0,05*298 - 0,5*0,65*10-3*2982 + 12,36*105*298-1 =
= -164786 Дж*моль-1.
3) Находим постоянную интегрирования у.
у*298 = -164936 + 164786 - 0,05*298*ln298 + 0,5*0,65*10-3*2982 + +0,5*12,36*105*298-1 =1867,8;
у = 6,27.
4) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 400 К.
G0400 = -164786 + 0,05*400*ln400 - 0,5*0,65*10-3*4002 - 0,5*12,36*105*400-1 + + 6,27*400 = -163755 Дж*моль-1= -163,7 кДж*моль-1.
Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, G0400 = -163,7 кДж*моль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFeO2 при температуре 400 К.
3.2 РАСЧЕТ ДG500є
3.2.1 Расчет ДG500є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
Определяем энтальпию реакции при 298 К.
H0298 = H0298(CuFeO2) - H0298(CuO) - H0298(FeO) = -592,6 +157,03 + +266,65= -168,92 кДж*моль-1.
Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: a, b, cґ.
a = 95,6 - 43,83 - 51,82 = -0,05.
b = (10,63 - 16,76 +6,78)*10-3 = 0,65*10-3.
cґ= (16,65 - 5,88 + 1,59)*105 = 12,36*105.
Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.
S0298 = S0298 (CuFeO2) - S0298 (CuO) - S0298(FeO) = 88,7 - 42,63 - 59,44= = -13,37 Дж*моль-1*К-1.
4) Находим значения величин интеграла.
dT = ((-0,05)*500 + 0,5*0,65*10-3*5002 - 12,36*105*500-1) -
- ((-0,05)*298 + 0,5*0,65*10-3*2982 - 12,36*105*298-1) = 1717,9 Дж*моль-1*К-1
5) Находим значения величины интеграла.
dT = ((-0,05)*ln500 + 0,65*10-3*500 - 0,5*12,36*105*500-2) -
- ((-0,05)*ln298 + 0,65*10-3*298 - 0,5*12,36*105*298-2) = 4,6 Дж*моль-1*К-1
6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 500 К.
G0500 = -168920 + 1717,9 + 500*13,37 - 500*4,6 = -162817 Дж*моль-1*К-1 = -162,8 кДж*моль-1*К-1.
3.2.2 Расчет G0500 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.
G 0298 = -168920 + 298*13,37 = -164936 Дж*моль-1*К-1
2) Вычисляем постоянную интегрирования H0.
H0 = -168920 + 0,05*298 - 0,5*0,65*10-3*2982 + 12,36*105*298-1 =
= -164786 Дж*моль-1.
3) Находим постоянную интегрирования у.
у*298 = -164936 + 164786 - 0,05*298*ln298 + 0,5*0,65*10-3*2982 + +0,5*12,36*105*298-1 =1867,8;
у = 6,27.
4) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 500 К.
G0500 = -164786 + 0,05*500*ln500 - 0,5*0,65*10-3*5002 - 0,5*12,36*105*500-1 + + 6,27*500 = -162813 Дж/моль = -162,8 кДж*моль-1.
Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, G0500 = -162,8 кДж*моль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFeO2 при температуре 500 К.
3.3 РАСЧЕТ ДG600є
3.3.1 Расчет ДG600є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
Определяем энтальпию реакции при 298 К.
H0298 = H0298(CuFeO2) - H0298(CuO) - H0298(FeO) = -592,6 +157,03 + +266,65= -168,92 кДж*моль-1.
Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: a, b, cґ.
a = 95,6 - 43,83 - 51,82 = -0,05.
b = (10,63 - 16,76 +6,78)*10-3 = 0,65*10-3.
cґ= (16,65 - 5,88 + 1,59)*105 = 12,36*105.
Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.
S0298 = S0298 (CuFeO2) - S0298 (CuO) - S0298(FeO) = 88,7 - 42,63 - 59,44= = -13,37 Дж*моль-1*К-1
4) Находим значения величин интеграла.
dT = ((-0,05)*600 + 0,5*0,65*10-3*6002 - 12,36*105*600-1) -
- ((-0,05)*298 + 0,5*0,65*10-3*2982 - 12,36*105*298-1) = 2160,7 Дж*моль-1*К-1.
5) Находим значения величины интеграла.
dT = ((-0,05)*ln600 + 0,65*10-3*600 - 0,5*12,36*105*600-2) -
- ((-0,05)*ln298 + 0,65*10-3*298 - 0,5*12,36*105*298-2) = 5,4 Дж*моль-1*К-1
6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 600 К.
G0600 = -168920 + 2160,7 + 600*13,37 - 600*5,4 = -161977 Дж*моль-1*К-1= -161,9 кДж*моль-1*К-1
3.3.2 Расчет G0600 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.
G 0298 = -168920 + 298*13,37 = -164936 Дж*моль-1*К-1
2) Вычисляем постоянную интегрирования H0.
H0 = -168920 + 0,05*298 - 0,5*0,65*10-3*2982 + 12,36*105*298-1 =
= -164786 Дж*моль-1.
3) Находим постоянную интегрирования у.
у*298 = -164936 + 164786 - 0,05*298*ln298 + 0,5*0,65*10-3*2982 + +0,5*12,36*105*298-1 =1867,8;
у = 6,27.
4) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 600 К.
G0600 = -164786 + 0,05*600*ln600 - 0,5*0,65*10-3*6002 - 0,5*12,36*105*600-1 + + 6,27*600 = -161979 Дж/моль = -161,9 кДж*моль-1.
Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, G0600 = -161,9 кДж*моль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFeO2 при температуре 600 К.
3.4 РАСЧЕТ ДG700є
3.4.1 Расчет ДG700є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
Определяем энтальпию реакции при 298 К.
H0298 = H0298(CuFeO2) - H0298(CuO) - H0298(FeO) = -592,6 +157,03 + +266,65= -168,92 кДж*моль-1.
Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: a, b, cґ.
a = 95,6 - 43,83 - 51,82 = -0,05.
b = (10,63 - 16,76 +6,78)*10-3 = 0,65*10-3.
cґ= (16,65 - 5,88 + 1,59)*105 = 12,36*105.
Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.
S0298 = S0298 (CuFeO2) - S0298 (CuO) - S0298(FeO) = 88,7 - 42,63 - 59,44= = -13,37 Дж*моль-1*К-1.
4) Находим значения величин интеграла.
dT = ((-0,05)*700 + 0,5*0,65*10-3*7002 - 12,36*105*700-1) -
- ((-0,05)*298 + 0,5*0,65*10-3*2982 - 12,36*105*298-1) = 2492,2 Дж*моль-1*К-1
5) Находим значения величины интеграла.
dT = ((-0,05)*ln700 + 0,65*10-3*700 - 0,5*12,36*105*700-2) -
- ((-0,05)*ln298 + 0,65*10-3*298 - 0,5*12,36*105*298-2) = 5,9 Дж*моль-1*К-1.
6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 700 К.
G0700 = -168920 + 2492,2 + 700*13,37 - 700*5,9 = -161199 Дж*моль-1*К-1 = -161,2 кДж*моль-1*К-1
3.4.2 Расчет G0700 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.
G 0298 = -168920 + 298*13,37 = -164936 Дж*моль-1*К-1
2) Вычисляем постоянную интегрирования H0.
H0 = -168920 + 0,05*298 - 0,5*0,65*10-3*2982 + 12,36*105*298-1 =
= -164786 Дж*моль-1.
3) Находим постоянную интегрирования у.
у*298 = -164936 + 164786 - 0,05*298*ln298 + 0,5*0,65*10-3*2982 + +0,5*12,36*105*298-1 =1867,8;
у = 6,27.
4) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 700 К.
G0700 = -164786 + 0,05*700*ln700 - 0,5*0,65*10-3*7002 - 0,5*12,36*105*700-1 + + 6,27*700 = -161210 Дж/моль = -161,2 кДж*моль-1.
Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, G0700 = -161,2 кДж*моль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFeO2 при температуре 700 К.
3.5 ЗАКЛЮЧНИЕ
Результаты расчетов изменения изобарно-изотермического потенциала G0т, полученные по уравнению Гиббса и уравнению Гиббса-Гельмгольца для реакции образования CuFeO2, приведены в таблице 2. Графическая зависимость G0т=f(T) показана на рисунке 1.
Таблица 2 - Значения величины G0т реакции образования CuFeO2
|
Т, К |
298 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
|
G0т, кДж*моль-1 |
-164,9 |
-163,7 |
-162,8 |
-161,9 |
-161,2 |
Рисунок 1 ? Зависимость изобарно-изотермического потенциала от температуры
Как показывают полученные результаты, реакция образования CuFeO2 протекает в интервале температур от 298 до 700 К при стандартном давлении, с увеличением температуры её вероятность убывает.
4. РАСЧЕТ ДGтє ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ CuFe2O4
4.1 РАСЧЕТ ДG400є
4.1.1 Расчет ДG400є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
Определяем энтальпию реакции при 298 К.
H0298 = H0298(CuFe2O4) - H0298(CuO) -2*H0298(FeO) = -959 + 157,03 + +2*266,65= -268,67 кДж*моль-1.
Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: a, b, cґ.
a = 138,62 - 43,83 - 51,82 = 42,97.
b = (119,41 - 16,76 +6,78)*10-3 = 109,43*10-3.
cґ= (22,76 - 5,88 + 1,59)*105 = 18,47*105.
Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.
S0298 = S0298 (CuFe2O4) - S0298 (CuO) - 2*S0298(FeO) = 141 - 42,63 - 2*59,44 = -20,51 Дж*моль-1*К-1
4) Находим значения величин интеграла.
dT = (42,97*400 + 0,5*109,43*10-3*4002 - 18,47*105*400-1) -
(42,97*298 + 0,5*109,43*10-3*2982 - 18,47*105*298-1) = 9858,9 Дж*моль-1*К-1.
5) Находим значения величины интеграла.
dT = (42,97*ln400 + 109,43*10-3*400 - 0,5*18,47*105*400-2) -
(42,97*ln298 + 109,43*10-3*298 - 0,5*18,47*105*298-2) = 28,4 Дж*моль-1*К-1
6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 600 К.
G0400 = -268670 + 9858,9 + 400*20,51 - 400*28,4 = -261967 Дж*моль-1*К-1 =
= -261,9 кДж*моль-1*К-1
4.1.2 Расчет G0400 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
1) Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.
G 0298 = -268670 + 298*20,51 = -262558 Дж*моль-1*К-1.
2) Вычисляем постоянную интегрирования H0.
H0 = -268670 - 42,97*298 - 0,5*109,43*10-3*2982 + 18,47*105*298-1 = - 280136 Дж*моль-1.
3) Находим постоянную интегрирования у.
у*298 = -262558 + 280136+ 42,97*298*ln298 + 0,5*109,43*10-3*2982 + 0,5*18,47*105*298-1 = 98487,53;
у = 330,5.
4) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 400 К.
G0400 = - 280136 - 42,97*400*ln400 - 0,5*109,43*10-3*4002 - 0,5*18,47*105*400-1 + 330,5*400 = -261980 Дж/моль = -261,9 кДж*моль-1.
Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, G0400 = -261,9 кДж*моль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFe2O4 при температуре 400 К.
4.2 РАСЧЕТ ДG500є
4.2.1 Расчет ДG500є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
Определяем энтальпию реакции при 298 К.
H0298 = H0298(CuFe2O4) - H0298(CuO) -2*H0298(FeO) = -959 + 157,03 + +2*266,65= -268,67 кДж*моль-1.
Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: a, b, cґ.
a = 138,62 - 43,83 - 51,82 = 42,97.
b = (119,41 - 16,76 +6,78)*10-3 = 109,43*10-3.
cґ= (22,76 - 5,88 + 1,59)*105 = 18,47*105.
Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.
S0298 = S0298 (CuFe2O4) - S0298 (CuO) - 2*S0298(FeO) = 141 - 42,63 - 2*59,44 = -20,51 Дж*моль-1*К-1
4) Находим значения величин интеграла.
dT = (42,97*500 + 0,5*109,43*10-3*5002 - 18,47*105*500-1) -
(42,97*298 + 0,5*109,43*10-3*2982 - 18,47*105*298-1) = 20003,8 Дж*моль-1*К-1
5) Находим значения величины интеграла.
dT = (42,97*ln500 + 109,43*10-3*500 - 0,5*18,47*105*500-2) -
(42,97*ln298 + 109,43*10-3*298 - 0,5*18,47*105*298-2) = 51 Дж*моль-1*К-1
6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 500 К.
G0500 = -268670 + 20003,8 + 500*20,51 - 500*51 = -263911 Дж*моль-1*К-1 =
= -263,9 кДж*моль-1*К-1
4.2.2 Расчет G0500 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
1) Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.
G 0298 = -268670 + 298*20,51 = -262558 Дж*моль-1*К-1.
2) Вычисляем постоянную интегрирования H0.
H0 = -268670 - 42,97*298 - 0,5*109,43*10-3*2982 + 18,47*105*298-1 =
= - 280136 Дж*моль-1.
3) Находим постоянную интегрирования у.
у*298 = -262558 + 280136+ 42,97*298*ln298 + 0,5*109,43*10-3*2982 + 0,5*18,47*105*298-1 = 98487,53;
у = 330,5.
4) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 500 К.
G0500 = - 280136 - 42,97*500*ln500 - 0,5*109,43*10-3*5002 - 0,5*18,47*105*500-1 + 330,5*500 = -263933 Дж*моль-1= -263,9 кДж*моль-1.
Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, G0500 = -263,9 кДж*моль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFe2O4 при температуре 500 К.
4.3 РАСЧЕТ ДG600є
4.3.1 Расчет ДG600є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
Определяем энтальпию реакции при 298 К.
H0298 = H0298(CuFe2O4) - H0298(CuO) -2*H0298(FeO) = -959 + 157,03 + +2*266,65= -268,67 кДж*моль-1.
Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: a, b, cґ.
a = 138,62 - 43,83 - 51,82 = 42,97.
b = (119,41 - 16,76 +6,78)*10-3 = 109,43*10-3.
cґ= (22,76 - 5,88 + 1,59)*105 = 18,47*105.
Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.
S0298 = S0298 (CuFe2O4) - S0298 (CuO) - 2*S0298(FeO) = 141 - 42,63 - 2*59,44 = -20,51 Дж*моль-1*К-1
4) Находим значения величин интеграла.
dT = (42,97*600 + 0,5*109,43*10-3*6002 - 18,47*105*600-1) -
(42,97*298 + 0,5*109,43*10-3*2982 - 18,47*105*298-1) = 30935,1 Дж*моль-1*К-1.
5) Находим значения величины интеграла.
dT = (42,97*ln600 + 109,43*10-3*600 - 0,5*18,47*105*600-2) -
(42,97*ln298 + 109,43*10-3*298 - 0,5*18,47*105*298-2) = 70,95 Дж*моль-1*К-1.
6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 600 К.
G0600 = -268670 + 30935,1 + 600*20,51 - 600*70,95 = -267999 Дж*моль-1*К-1= -267,9 кДж*моль-1*К-1.
4.3.2 Расчет G0600 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
1) Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.
G 0298 = -268670 + 298*20,51 = -262558 Дж*моль-1*К-1
2) Вычисляем постоянную интегрирования H0.
H0 = -268670 - 42,97*298 - 0,5*109,43*10-3*2982 + 18,47*105*298-1 = - 280136 Дж*моль-1.
3) Находим постоянную интегрирования у.
у*298 = -262558 + 280136+ 42,97*298*ln298 + 0,5*109,43*10-3*2982 + 0,5*18,47*105*298-1 = 98487,53;
у = 330,5.
4) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 600 К.
G0600 = - 280136 - 42,97*600*ln600 - 0,5*109,43*10-3*6002 - 0,5*18,47*105*600-1 + 330,5*600 = -267998 Дж*моль-1= -267,9 кДж*моль-1.
Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, G0600 = -267,9 кДж*моль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFe2O4 при температуре 600 К.
4.4 РАСЧЕТ ДG700є
4.4.1 Расчет ДG700є реакции по уравнению Гиббса (первый метод)
Определяем энтальпию реакции при 298 К.
H0298 = H0298(CuFe2O4) - H0298(CuO) -2*H0298(FeO) = -959 + 157,03 + +2*266,65= -268,67 кДж*моль-1.
Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: a, b, cґ.
a = 138,62 - 43,83 - 51,82 = 42,97.
b = (119,41 - 16,76 +6,78)*10-3 = 109,43*10-3.
cґ= (22,76 - 5,88 + 1,59)*105 = 18,47*105.
Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.
S0298 = S0298 (CuFe2O4) - S0298 (CuO) - 2*S0298(FeO) = 141 - 42,63 - 2*59,44 = -20,51 Дж*моль-1*К-1
4) Находим значения величин интеграла.
dT = (42,97*700 + 0,5*109,43*10-3*7002 - 18,47*105*700-1) -
(42,97*298 + 0,5*109,43*10-3*2982 - 18,47*105*298-1) = 42784,8 Дж*моль-1*К-1.
5) Находим значения величины интеграла.
dT = (42,97*ln700 + 109,43*10-3*700 - 0,5*18,47*105*700-2) -
(42,97*ln298 + 109,43*10-3*298 - 0,5*18,47*105*298-2) = 89,2 Дж*моль-1*К-1.
6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 700 К.
G0700 = -268670 + 42784,8 + 700*20,51 - 700*89,2 = -273968 Дж*моль-1*К-1= -273,9 кДж*моль-1*К-1
4.4.2 Расчет G0700 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)
1) Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.
G 0298 = -268670 + 298*20,51 = -262558 Дж*моль-1*К-1
2) Вычисляем постоянную интегрирования H0.
H0 = -268670 - 42,97*298 - 0,5*109,43*10-3*2982 + 18,47*105*298-1 = - 280136 Дж*моль-1.
3) Находим постоянную интегрирования у.
у*298 = -262558 + 280136+ 42,97*298*ln298 + 0,5*109,43*10-3*2982 + 0,5*18,47*105*298-1 = 98487,53;
у = 330,5.
4) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 700 К.
G0700 = - 280136 - 42,97*700*ln700 - 0,5*109,43*10-3*7002 - 0,5*18,47*105*700-1 + 330,5*700 = -273966 Дж*моль-1= -273,9 кДж*моль-1.
Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, G0700 = -273,9 кДж*моль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFe2O4 при температуре 700 К.
4.5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты расчетов изменения изобарно-изотермического потенциала G0т, полученные по уравнению Гиббса и уравнению Гиббса-Гельмгольца для реакции образования CuFe2O4, приведены в таблице 3. Графическая зависимость G0т=f(T) показана на рисунке 2.
Таблица 3 - Значения величины G0т реакции образования CuFe2O4
|
Т, К |
298 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
|
G0т, кДж*моль-1 |
-262,5 |
-261,9 |
-263,9 |
-267,9 |
-273,9 |
Рисунок 2 ? Зависимость изобарно-изотермического потенциала от температуры
Как показывают полученные результаты, реакция образования CuFe2O4 протекает в интервале температур от 298 до 700 К при стандартном давлении, с увеличением температуры её вероятность убывает в интервале температур от 298 до 400 К и возрастает в интервале температур от 400 до 700 К.
ВЫВОД
Термодинамический анализ системы «CuO ?? FeO» и системы «CuO ?? 2FeO» в интервале температур 298…700 К показывает, что энергетически наиболее вероятно протекание реакции образования CuFe2O4 (G0т= ?262,5…?273,9 кДж*моль-1). Реакция образования CuFeO2 будет протекать во вторую очередь (G0т= ?164,9…?161,2 кДж*моль-1).
Список литературы
1. Хомич В.А. Термодинамические расчеты: метод. указания к курсовой работе по физической химии для студентов специальности 330200 « Инженерная защита окружающей среды». - Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. - 14 с.
2. Бобкова Н.М., Силич Л.М., Терещенко И.М. Сборник задач по физической химии силикатов и тугоплавких соединений: учеб. пособие для вузов. - Минск: «Университетское», 1990. - 175 с.
3. Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия: учебное пособие / П.М. Кругляков, Т.Н. Хаскова. 2-ое изд., испр. ? М.: Высшая школа, 2007. ? 319 с.
4. Краткий справочник физико-химических величин: учебное пособие / Ред. А.А. Равдель, А.М. Пономарева. ? 11?е изд., испр. и доп. ? М.: As?book, 2009. ? 240 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Уравнение химической реакции с использованием электронно-ионного метода. Определение потенциалов окислителя и восстановителя, направления протекания процесса, термодинамических характеристик H,S,G. Электронная формула элементов по 2 и 4 квантовым числам.
курсовая работа [22,5 K], добавлен 25.11.2009Этанол и его свойства. Расчет изменения энтропии химической реакции. Основные способы получения этанола. Физические и химические свойства этилена. Расчет константы равновесия. Нахождение теплового эффекта реакции и определение возможности ее протекания.
курсовая работа [106,7 K], добавлен 13.11.2009Рассмотрение превращения энергии (выделение, поглощение), тепловых эффектов, скорости протекания химических гомогенных и гетерогенных реакций. Определение зависимости скорости взаимодействия веществ (молекул, ионов) от их концентрации и температуры.
реферат [26,7 K], добавлен 27.02.2010Изменение изобарно-изотермического потенциала, свободной энтальпии при нестандартных условиях. Использование понятия энергии Гиббса в термодинамике и химии. Применение закона Гесса и уравнения изотермы Вант-Гоффа. Определение знака изобарного потенциала.
реферат [131,9 K], добавлен 18.05.2015Общая характеристика реакции полимеризации тетрафторэтилена. Расчет теплоемкости и других термодинамических параметров реагентов и продукта реакции. Схема построения самой длинной углеродной цепи и замещения групп. Изобарно-изотермический потенциал.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 13.12.2010Порядок вычисления термодинамических функций. Описание физических, химических свойств вещества H2 и его применение. Вычисление термодинамических функций H0(T) - H0(0), S0(T), Ф0(T), G0(T) - G0(0) для заданного вещества Н2 в интервале температур 100-500К.
курсовая работа [111,6 K], добавлен 09.09.2008Изменение изобарно-изотермического потенциала. Уравнение изотермы химической реакции Вант-Гоффа. Свойства дисперсных систем и растворов ВМС, их сходство и отличие. Адсорбционное уравнение Гиббса, его анализ и область использования. Формулы мицелл.
контрольная работа [39,5 K], добавлен 25.07.2008Вычисление термодинамических функций для молибдена в интервале температур 100-500К. Применение вещества, описание его физических и химических свойств. Расчет константы равновесия заданной химической реакции с помощью энтропии и приведенной энергии Гиббса.
курсовая работа [251,8 K], добавлен 18.02.2013Понятие и виды сложных реакций. Обратимые реакции различных порядков. Простейший случай двух параллельных необратимых реакций первого порядка. Механизм и стадии последовательных реакций. Особенности и скорость протекания цепных и сопряженных реакций.
лекция [143,1 K], добавлен 28.02.2009Химическая реакция как превращение вещества, сопровождающееся изменением его состава и (или) строения. Признаки химических реакций и условия их протекания. Классификация химических реакций по различным признакам и формы их записи в виде уравнений.
реферат [68,7 K], добавлен 25.07.2010
