Энергетика и направленность химических процессов

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 11Следующая ⇒

Закончите химическое уравнение схемы реакции, приведенной в вашем варианте задания в таблице и выполните следующие задания:

А) вычислите стандартную энтальпию и стандартную энтропию реакции, расчеты приведите;

Б) вычислите приблизительную равновесную температуру для этой реакции, расчеты приведите и укажите, выше или ниже равновесной температуры реакция может протекать самопроизвольно, ответ поясните;

В) вычислите стандартную энергию Гиббса этой реакции и оцените возможность ее самопроизвольного протекания при температуре 298 К, ответ поясните

Г) по термохимическому уравнению реакции определите массу первого реагента, которая может быть израсходована в ходе реакции при выделении (или поглощении) теплоты Q, равной 10 кДж.

Таблица 5

Схема превращения

FeS_2(к)+ O_2(г)→ Fe₂O_3(к)+ SO_2(г)

Решение: Расставляем коэффициенты в уравнении реакции

4FeS_2(к)+ 11O_2(г)→ 2Fe₂O_3(к)+ 8SO_2(г)

Справочные данные запишем в виде таблицы

Вещество	ΔH°₂₉₈, кДж/моль	S°₂₉₈, Дж/(К∙моль)
FeS_2(к)	-177,40	52,93
O_2(г)	0	205,04
Fe₂O_3(к)	-822,16	87,45
SO_2(г)	-296,90	248,07

А) 1. Найдем изменение энтальпии в ходе химической реакции, которое равно разности сумм энтальпий (ΔН⁰₂₉₈) продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν):

Отрицательный знак изменения энтальпии ΔH°_{f; 298}< 0 говорит о том, что реакция протекает с выделением тепла, т. е. реакция экзотермическая.

2. Найдем изменение энтропии в ходе химической реакции, которое равно разности сумм энтропий (S⁰₂₉₈) продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты (ν):

Отрицательный знак изменения энтропии ΔS°_{f; 298}< 0 говорит о том, что в результате реакции происходит упорядочивание системы.

Б) Система находится в состоянии равновесия при ∆G = 0, т.е. ΔH°_{f; 298} = Т∙∆S°₂₉₈

Откуда равновесную температуру найдем по формуле:

Реакция может протекать самопроизвольно при температуре выше равновесной. Т.к. в этом случае и следовательно .

- является критерием самопроизвольного протекания процесса, при реакция протекает самопроизвольно, при реакция не осуществима, самопроизвольно протекает процесс в обратном направлении.

В) Изменение стандартной величины энергии Гиббса находим по уравнению

Т.к.∆G < 0 – данная реакция осуществима при стандартных условиях и протекает самопроизвольно в прямом направлении.

Г) Определим количество моль FeS₂ израсходованного в ходе реакции при выделении Q = 10 кДж

т.е в ходе реакции в израсходовалось 0,003 моль FeS₂

Найдем массу израсходованного FeS₂

Зависимость скорости химических процессов от концентрации реагирующих веществ, давления и температуры

Используя уравнение реакции и числовые данные таблицы 6, приведенные в вашем варианте задания, определите, как изменится (уменьшится или увеличится, и во сколько раз) скорость прямой реакции (процесс одностадийный), протекающей по данному уравнению, при изменении следующих условий:

А) при увеличении концентрации первого вещества в «а» раз и одновременном уменьшении концентрации второго вещества в «b» раз;

Б) при увеличении давления в системе в «с» раз;

В) при увеличении объема системы в «d» раз;

Г) при понижении ( или повышении ( температуры на « » градусов Цельсия, если условно температурный коэффициент скорости данной реакции γ равен 3,0.

Таблица 6

Уравнение реакции	а	b	c	d
CH_4(г)+ CO_2(г)= 2CO_(г)+ 2H_2(г)	6	3	2	4	+65

Решение: Кинетическое уравнение в общем виде записывается как произведение концентраций реагентов в степенях, равных стехеометрическому коэффициенту, стоящему перед соответствующим веществом в уравнении реакции. Причем учитывается только концентрация газообразных веществ.

А) при изменении концентраций реагентов используем кинетическое уравнение реакции до изменения концентрации и после.

Т.о. при увеличении концентрации СН₄ в 6 раз и одновременном уменьшении концентрации CO₂ в 3 раза скорость реакции увеличиться в 2 раза.

Б) при увеличении давления в системе в 2 раза концентрации реагентов в газовой фазе увеличатся в 2 раза. Используя кинетическое уравнение, получим

Т. е. скорость реакции увеличится в 4 раза.

В) при увеличении объема (уменьшении давления) системы в 4 раза концентрации реагентов в газовой фазе уменьшаться в 4 раза. Используя кинетическое уравнение, получим

Т. е. скорость реакции уменьшится в 16 раз.

Г) Для вычисления изменения скорости реакции при изменении температуры используем формулу Вант-Гоффа.

При повышении T на 65 °С скорость реакции увеличится в 1263 раза.

Химическое равновесие

Химическая система находится в замкнутом объеме в состоянии равновесия

aA + bB ↔ cC + dD

Определите направление смещения химического равновесия в системе, приведенной в вашем варианте задания, при изменении условий:

А) при понижении давления;

Б) при уменьшении объема;

В) при уменьшении концентрации продуктов реакции;

Г) при нагревании.

Укажите, как следует изменить температуру и давление (повысить или понизить), чтобы смещение равновесия привело к повышению выхода продуктов реакции. Все ответы поясните.

Таблица 7

Уравнение обратимой реакции

MgCO_3(к)= MgO_(к)+ CO_2(г); ΔH > 0

Ответ: Согласно принципу Ле-Шателье: если находящаяся в равновесии система подвергается внешнему воздействию, равновесие смещается в таком направлении, которое способствует ослаблению этого воздействия.

Определим по принципу Ле-Шателье направление смещения химического равновесия данной реакции:

А) Если реакция протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ (Δn < 0), уменьшение общего давления смещает равновесие реакции в сторону исходных реагентов, при увеличении числа молей (Δn > 0) равновесие смещается вправо. В нашем случае реакция протекает с увеличением числа молей газообразных веществ, тогда при понижении давления в системе, равновесие сместится в сторону продуктов реакции.

Б) Уменьшение объема системы равносильно повышению давления в системе. Тогда при повышении давления равновесие реакции смещается в направлении образования веществ, занимающих меньший объем. В нашем случае, реакция протекает с увеличением молей газов, следовательно, равновесие сместится в сторону исходных реагентов.

В) Уменьшение концентрации продуктов реакции (отвод продуктов) будет смещать равновесие в сторону увеличения продуктов, т.е. вправо.

Г) Положительный знак изменения энтальпии ΔH°_{f; 298}> 0 говорит о том, что реакция протекает с поглащением тепла, т. е. реакция эндотермическая. Повышение температуры будет смещать равновесие в сторону эндотермической реакции, т.е. в прямую сторону (в сторону продуктов реакции).

Чтобы смещение равновесия привело к повышению выхода продуктов реакции:

- давление в системе необходимо уменьшить, т. к. суммарное количество газообразного вещества в результате реакции увеличивается;

- реакция эндотермическая, поэтому для смещения равновесия вправо необходимо повысить температуру системы.

Контрольное задание № 5

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1156; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!