Термодинамический расчет для химической реакции в интервале температур
Термодинамика как наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений, предмет и методы ее исследований. Определение теплового эффекта заданной химической реакции и возможность ее протекания в заданном интервале температур.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 15.03.2015 |
Размер файла | 269,9 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/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Термодинамический расчет для химической реакции в интервале температур
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:
Переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой;
Энергетические эффекты, сопровождающие различные физические и химические процессы и зависимость их от условий протекания данных процессов;
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].
термодинамика тепловой химический
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 б, в, г - 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 б, в, г продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.
, (6)
, (7)
. (8)
Для процесса, проходящего в интервале температур 298-1356 К, получим разность коэффициентов б, в, г:
.
.
.
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.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Зависимость от температуры величины теплового эффекта и изменения энтропии. Термодинамический анализ реакций. Оценка среднего значения теплового эффекта в интервале температур. Расчет количества фаз, независимых компонентов и числа степеней свободы.
контрольная работа [544,2 K], добавлен 02.02.2012Расчет термодинамических параметров быстроходного автомобильного дизельного двигателя со смешанным теплоподводом в узловых точках. Выбор КПД цикла Карно в рабочем интервале температур. Вычисление значений термического коэффициента полезного действия.
курсовая работа [433,2 K], добавлен 13.07.2011Определение расхода смеси, ее средней молекулярной массы и газовой постоянной, плотности и удельного объема при постоянном давлении в интервале температур. Определение характера процесса (сжатие или расширение). Процесс подогрева воздуха в калорифере.
контрольная работа [404,8 K], добавлен 05.03.2015Определение реакции баллона на возросшее давление. Анализ газовой постоянной и плотности смеси, состоящей из водорода и окиси углерода. Аналитическое выражение законов термодинамики. Расчет расхода энергии в компрессорах при политропном сжатии воздуха.
контрольная работа [747,5 K], добавлен 04.03.2013Фотопроцессы в растворах и пленках с высокими концентрациями наночастиц CdSe/ZnS, индуцированных лазерным излучением видимого диапазона в широком интервале плотностей мощности излучения и температур. Возможность создание новых твердофазных люминофоров.
автореферат [1,0 M], добавлен 04.12.2007Использование разности температур воды и построение схемы ОТЭС, работающей по замкнутому и открытому циклу. Применение перепада температур океан-атмосфера. Прямое преобразование тепловой энергии. Преобразователи и баланс возобновляемой энергии волн.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.10.2011Исследование предмета и задач физики низких температур – раздела физики, занимающегося изучением физических свойств систем, находящихся при низких температурах. Методы получения низких температур: испарение жидкостей, дросселирование, эффект Пельтье.
курсовая работа [75,8 K], добавлен 22.06.2012Понятие термодинамической температуры. Способы получения низких температур. Принцип работы холодильника. История изобретения холодильных аппаратов и достижений в получении низких температур. Метод получения сверхнизких температур, магнитное охлаждение.
реферат [21,8 K], добавлен 10.07.2013Расчет разности температур продуктов сгорания топлива в паровом котле и рабочего тела. Уменьшение потерь энергии в конденсаторе за счет уменьшения разности температур конденсирующегося пара и охлаждающей воды путем снижения давления в конденсаторе.
контрольная работа [169,6 K], добавлен 03.03.2011Понятие теплового равновесия. История создания и развития термометра: Галилей, Ньютон, Фаренгейт, Цельсий. Характеристика абсолютной, реальной и термодинамической шкалы температур. Использование низких температур для превращения газов в жидкость.
реферат [19,1 K], добавлен 09.02.2011