Основы физической химии
Вывод: Изменение температуры привело к уменьшению потенциала по сравнению с процессом при стандартных условиях, а это означает что глубина реакции в закрытой системе увеличилась ДF <0; -185,87>0. U (450)=-572,39-(-3)*0,8 314*450=-561,17 кДж Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект данной реакции в изохорно-изотермическом процессе уменьшился на 9,96 кДж, реакция идет… Читать ещё >
Основы физической химии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство науки и образования Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
" Пермский государственный технический университет"
Березниковский филиал Кафедра химической технологии и экологии Расчетная работа Основы физической химии
1. Задание.
Определить ?Н, ?U, ?S, ?F, ?G реакции при постоянном давлении р = Па и Т = 450 К.
Справочные материалы.
Вещество | кДж/моль | Дж/моль*К | кДж/моль | Коэффициенты уравнения | |||
a | b* | ||||||
— 1675,69 | 50,92 | — 1582,27 | 114,55 | 12,89 | — 34,31 | ||
— 395,85 | 256,69 | — 371,17 | 64,98 | 11,75 | — 16,37 | ||
— 3441,80 | 239,20 | — 3100,87 | 366,31 | 62,59 | — 112,47 | ||
1.1 Расчет теплового эффекта реакции Расчет теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях (H):
?= ?-(?)
?-3441,80-(-1675,69+3(-395,85))=-578,56 кДж Вывод: В стандартных условиях данный процесс является экзотермический, реакция идет с выделением тепла.
Расчет теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре (H):
?с=0, т.к. все вещества неорганические
?a ==366,31-(114,55+3*64,98)=56,82
?b ==62,59-(12,89+3*11,75)=14,45*1
?=)=-112,47-(-34,31−3*16,37)=-29,05*1
?=-578 560+56,82+14,45*1T-29,05*1/)dT= -578 560+56,82+14,45*1 -29,05*1= -578 560+56,82(450−298)+14,45*½*(45−29)-29,05*1((450−298)/298*450)=-578 560+8636,64+821,45−3292,77=-572,39 кДж Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект реакции изменился на 6,17 кДж, реакция осталась экзотермической.
Расчет теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях (U):
?Н=?U+p?V; ?U=?H-p?V
p?V=?nRT
?U=?H-?nRT
?n=??= 0 — 3 = -3; ?n = -3
R=8,314 Дж/моль*К
?U (298)=-578,56-(-3)*0,8 314*298=-571,13 кДж Вывод: В изохорно-изотермическом процессе, при стандартных условиях реакция протекает с выделением тепла, т. е. процесс экзотермический.
Расчет теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре (U):
?U (450)=-572,39-(-3)*0,8 314*450=-561,17 кДж Вывод: При увеличении температуры на 152 К тепловой эффект данной реакции в изохорно-изотермическом процессе уменьшился на 9,96 кДж, реакция идет с выделением тепла.
1.2 Определение направления протекания химического процесса Определение направления протекания реакции в изолированной системе (S):
а) в стандартных условиях:
?(298) =(298- ((298 + 3*(298)
?(298) =239,2-(50,92+3*256,69)=-581,79 Дж Вывод: При взаимодействии оксида алюминия с оксидом серы (VI) в изолированной системе получилось, что? S<0, поэтому процесс невозможен.
б) при заданной температуре:
?с=0, т.к. все вещества неорганические
?(T)=?(450)+
?(450)=-581,79+56,82+14,45*1*T-29,05*1/)dT/T= -581,79+56,82+14,45*1−29,05*1= -581,79+56,82*ln450/298+14,45*1(450−298) — 29,05*1*½*((45−29/29*45)=-581,79+23,42+2,196−9,15=-565,32 Дж Вывод: При увеличении температуры на 152 К энтропия увеличилась на 16,466 Дж, но осталась отрицательной. В изолированной системе процесс невозможен. Расчет изобарно-изотермического потенциала (G):
а) в стандартных условиях
?(298) =(298- ((298 + 3*(298)
?(298) =-3100,87-(-1582,27+3*(-371,17))=-405,13 кДж/моль Вывод: При взаимодействии оксида алюминия с оксидом серы (VI) в стандартных условиях? G<0, поэтому процесс самопроизвольный.
?(298) = ?Н (298)-Т?(298)
?(298) = -578 560−298*(-581,79)=-405,19 кДж
% ош.=((-405,13+405,19)/(-405,13))*100=0,01% ,
т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.
Вывод: В закрытой системе изобарно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ?G<0.
б) при заданной температуре
?(450) = ?Н (450)-450*?(450)
?(450) = -572 390−450*(-565,32)=-317,996 кДж При увеличении температуры на 152 К, энергия Гиббса увеличилась на 87,194 кДж, отсюда следует, что чем больше температура, тем больше энергия Гиббса. В закрытой системе изобарно-изотермический процесс остался самопроизвольным, т.к. ?G<0. Дальнейшее повышение температуры не выгодно, т.к. ?G стремится к нулю и процесс от самопроизвольного перейдет в равновесный, а затем в не самопроизвольный.
Расчет изохорно-изотермического потенциала (F):
а) в стандартных условиях
1 способ:
?F = ?U-T?S
?F (298)=-571 130−298*(-581,79)=-397,76 кДж
2 способ:
?F (298)=?G-?nRT
?F (298)=-405,13-(-3)*298*0,8 314=-397,7 кДж
%ош.=((-397,76+397,7)/(-397,76))*100=0,02%,
т.к процент ошибки очень мал, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.
Вывод: В закрытой системе при стандартных условиях изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно, т.к. ?F<0.
б) при заданной температуре
1 способ:
?F (450)= -561 170−450*(-565,32)=-306,78 кДж
2 способ:
?F (450)=-317,996-(-3)*450*0,8 314=-306,78 кДж
%ош.=((-306,78−306,78)/(-306,78))*100=0%,
т.к процент ошибки равен нулю, следовательно, можно использовать для расчета оба метода.
Вывод: При увеличении температуры энергия Гельмгольца увеличилась. В закрытой системе изохорно-изотермический процесс будет протекать самопроизвольно.
Вывод:
Т, К | ?Н, кДж | ?U, кДж | ?G, кДж/моль | ?F, кДж | ?S, Дж | |
— 578,56 | — 571,13 | — 405,19 | — 397,76 | — 581,79 | ||
— 572,39 | — 561,17 | — 317,996 | — 306,78 | — 565,32 | ||
С увеличением температуры тепловые эффекты изобарно-изотермического и изохорно-изотермического процессов увеличились.
В данной работе? Н, ?S, ?G получились отрицательными, отсюда следует, что процесс протекает самопроизвольно, но при невысоких температурах.
При увеличении температуры энергия Гиббса и энергия Гельмгольца увеличились, значит система стремиться к равновесию (в условиях равновесия? F, ?G достигают минимума).
2. Задание: Определить ДH, ДU, ДS, ДF, ДG, реакции при постоянном давлении P=1.013 * 105 Па.
СdO(т) + H2SO4 (ж) = CdSO4 (т) + H2O (г)
Реакция протекает при температуре 511 градусов Цельсия .
Исходные данные
Вещест-во | ДHf?298 кДж/моль | S?298 Дж/моль*К | ДGf?298 кДж/моль | Ср298 Дж/моль*К | Коэф. уравнения Ср?= f (T) | |||
a | b * 103 | cґ * 10-5 | ||||||
H2O | — 241,81 | 188,72 | — 228,61 | 33,61 | 30,00 | 10,71 | 0,33 | |
CdO | — 258,99 | 54,81 | — 229,33 | 43,64 | 48,24 | 6,38 | — 4,90 | |
H2SO4 | — 813,99 | 156,90 | — 690,14 | 138,91 | 156,9 | 28,3 | — 23,46 | |
Cd SO4 | — 934,41 | 123,05 | — 828,88 | 99,62 | 77,32 | 77,40 | ; | |
2.1 Расчёт теплового эффекта реакции Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе в стандартных условиях ДНr? (298) = (ДНf? (298) CdSO4 + ДНf? (298) H2O) — (ДНf? (298) CdO + ДНf? (298) H2SO4)
ДНr? (298) = (-934,41 — 241,81) — (-258,99 — 813,99) = -103,24 кДж.
Вывод: При реакции в стандартных условиях, произошло выделение тепла в количестве 103,24 кДж как следствие реакция является экзотермической.
Расчёт теплового эффекта реакции в изобарном процессе при заданной температуре ДH(T) = ДНr? (298) + ;
Дa = (Дa CdSO4+ Дa H2O) — (Дa CdO+ Дa H2SO4)
Дa = (77,32+30,00) — (48,94+156,90) = -97,82 ;
Дb = (Дb CdSO4+ Дb H2O) — (Дb CdO+ Дb H2SO4)
Дb = (77,40+10,71) — (6,38+28,30) = 53,43 * 10-3
Дcґ =(ДcґCdSO4+ ДcґH2O) — (ДcґCdO+ ДcґH2SO4)
Дcґ = (0 + 0.33) — (-4,90−23,46) = 28,69 * 105
Дc = 0, т.к. все вещества неорганические.
ДH(511) = -103,24 * 103 + =
= -103,24 * 103 + (-97,82) * (511−298) + * (5112 — 2982) + -103 240 — 20 835,66 + 4603,45 + 4050,80 = -115,42 kДж.
Вывод: Увеличение температуры привело к увеличению количества теплоты выделившегося в следствии реакции.
Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе в стандартных условиях
ДU = ДН — ДnRT
Дn = Дnкон. — Дnнач
Дn=1−0=1
Газовая постоянная R = 8.314 Дж/моль*К ДU(298)= ДНr? (298) -Дn*R*T
ДU(298) = -103,24 * 103 -1 * 8,314 * 298 = -103 240 — 2477,57 = -105,72 кДж.
Вывод: Внутренняя энергия реакции в изохорном процессе составила 100,76 килоджоуля.
Расчёт теплового эффекта реакции в изохорном процессе при заданной температуре ДU(511)= ДНr? (511) -Дn*R*T
ДU(511) = -115,42 * 103 — 1 * 8,314 * 511 = -115 420 — 4248,45 = - 119,67 кДж.
Вывод: Как и в изобарном процессе увеличение температуры приводит к увеличению внутренней энергии реакции на 18,91 кДж.
2.2 Определение направления протекания химического процесса Определение направления протекания данной реакции в изолированной системе Определение направления протекания реакции в стандартных условиях ДS? (298) = (S (298) Cd SO4 + S (298) H2O) — (S(298) Cd O + S (298) H2SO4)
ДS? (298) = (123,05+188,72)-(54,81+156,90)= 100,06
Вывод: Так как энтропия S больше ноля 100,06>0 то процесс реакции в изолированной системе протекает самопроизвольно без внешнего воздействия. Определение направления протекания реакции при заданной температуре.
ДS(T) = ДS? (298) + ;
ДS (511) = 100,06 + = 100,06 — 97,82 + 53,43 * 10-3 + 28,69 * 105 = 100,06 — 97,82 + 53,43 * 10-3 * (511−298) + * = 121,66
Вывод: Изменение температуры привело к увеличению энтропии по сравнению с процессом при стандартных условиях. Следовательно повышение температуры ведёт к увеличению неупорядоченности и увеличению количества соударений молекул при реакции.
Определение направления протекания химического процесса в закрытой системе Расчёт изобарно — изотермического потенциала в стандартных условиях ДGr? (298) = (G (298) Cd SO4 + G (298) H2O) — (G (298) Cd O + G(298) H2SO4)
ДGr? (298)= (-823,88 — 228.61) — (-229,33 — 690.14) = -133,02 кДж/моль.
Вывод: Изобарно — изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ДGr? < 0; -133,02<0 .
Произведем расчет изобарно — изотермического потенциала по другой формуле:
ДGr? (298) = ДНr? (298) — Т* ДS? (298)
ДGr? (298) = -103,24 * 103 — 298 * 100,06 = -133,06 кДж/моль.
Найдем процент ошибки:
% ошибки =
Расчет можно производить любым способом, т.к. процент ошибки не существенен. Расчёт изобарно — изотермического потенциала при заданной температуре ДGr? (511) = ДНr? (511) — Т* ДS? (511)
ДGr? (511) = -119,46 * 103 — 511 * 121,66 = -181,63 кДж/моль.
Вывод: Увеличение температуры никак не повлияло на процесс реакции в закрытой системе, она по прежнему идёт самопроизвольно ДGr? < 0; -181,63<0. Расчёт изохорно — изотермического потенциала в стандартных условиях.
ДF(298) = ДU(298) — T* ДS? (298)
ДF(298) = -105,72 * 103 — 298 * 100,06 = -135,53 кДж.
Вывод: Изохорно — изотермический потенциал показывает что процесс в закрытой системе идёт самопроизвольно ДF < 0; -135,53<0
Расчёт изохорно — изотермического потенциала при заданной температуре ДF(511) = ДU(511) — T* ДS? (511)
ДF(511) = - 123,70 * 103 — 511 *121,66 = -185,87кДж.
Вывод: Изменение температуры привело к уменьшению потенциала по сравнению с процессом при стандартных условиях, а это означает что глубина реакции в закрытой системе увеличилась ДF < 0; -185,87>0.
Вывод Рассмотренная реакция оксида кадмия и серной кислоты идёт самопроизвольно на это указывают все характеристики реакции, а рассмотренное увеличение температуры реакции её ничуть не замедляет. Всё это позволяет сделать вывод о том что увеличение температуры реакции позволяет увеличить её глубину и полноту. При этом реакция останется самопроизвольной.
T, K | ДH, кДж | ДU, кДж | ДS, | ДG, кДж/моль | ДF, кДж | |
— 103,24 | — 105,72 | 100,06 | — 133,02 | — 135,53 | ||
— 115,42 | — 119,67 | 121,66 | — 181,63 | — 185,87 | ||