Курсовая работа: Химическая термодинамика

Решение:

Термодинамические данные при температуре 298 К и стандартном давлении 1 бар сведем в таблицу:

Вещество	Энтальпия образования Df Ͱ298 , кДж*моль-1	Энтропия S°298 , Дж*К-1 *моль-1	Теплоемкость Ср , Дж*К-1 *моль-1
СО	-110,5	197,6	29,14
О2	0	205,0	29,40
СО2	-393,5	213,7	34,57
Реакция	Dr Ͱ298 , кДж/моль	Dr S°298 , Дж*К-1 *моль-1	Dr Сp , Дж*К-1 *моль-1
СО + ½ О2 = СО2	-283,0	-86,4	-9,27

Примем, что D_r С_p = соnst. Изменения термодинамических функций в результате реакций рассчитаны как разность функций реагентов и продуктов:

Df = f(СО₂ ) - f(СО) – 1/2 f(О₂ ).

Стандартный тепловой эффект реакции при 500 К можно рассчитать по уравнению Кирхгофа в интегральной форме:

D_r Ͱ₅₀₀ = -283000 + (-9,27)(500 – 298) = -284,9 кДж*моль^-1

Стандартное изменение энтропии в реакции при 500 К можно рассчитать по формуле:

D_r S°₅₀₀ =(-86,4+(-9,27)ln(500/298))Дж*К^-1 *моль^-1 =

=-91,2Дж*К^-1 *моль^-1

Стандартное изменение энергии Гиббса при 500 К:

D_r G°₅₀₀ = D_r Ͱ₅₀₀ - 500D_r S°₅₀₀ ,

D_r G°₅₀₀ = (-284900 – 500(-91,2)) кДж*моль^-1 =-239,3кДж*моль^-1 .

Рассчитаем изменение энергии Гиббса при парциальных давлениях 3 атм:

D_r G(р₂ ) = - 240200 + (-0,5)8,31*500*ln(3) = -242,5 кДж*моль^-1 .

Эта реакция может протекать самопроизвольно при данных условиях.

Ответ: D_r G = -242,5 кДж*моль^-1 .

4.2 Задачи

4-1. Вычислите изменение Н, U, F, G, S при одновременном охлаждении от 2000 К до 200 К и расширении от 0,5 м³ до 1,35 м³ 0,7 молей азота (С_V = 5/2R). Энтропия газа в исходном состоянии равна 213,4 Дж*К^-1 *моль^-1 , газ можно считать идеальным.

(DН = -36,66 кДж, DU = -26,19 кДж, DF = 249,4 кДж,

DG = 238,9 кДж, DS = -27,72 Дж*К^-1 )

4-2. Рассчитайте DG° при 25°С для химической реакции: 4НСl_(г) + О_2(г) = 2Cl₂ + 2Н₂ О_(ж) . Стандартные значения энтальпии образования и абсолютной энтропии при 25°С равны: D_f Н°(НСl) = -22,1 ккал*моль^-1 ,

S°(O₂ ) = 49,0 кал*К^-1 *моль^-1 , D_f Н°(Н₂ О_(ж) ) = -68,3 ккал*моль^-1 , S°(Сl₂ ) = 53,3 кал*К^-1 *моль^-1 , S°(НCl) = 44,6 кал*К^-1 *моль^-1 ,

S°(Н₂ O_(ж) ) = 49,0 кал*К^-1 *моль^-1 .

(DG° = -22,2 ккал*моль^-1 )