Термодинамічний розрахунок для хімічної реакції в інтервалі температур
Введення
Термодинаміка - наука про взаємоперетвореннях різних форм енергії і законах цих перетворень. Термодинаміка базується тільки на експериментально виявлених об'єктивних закономірностях, виражених у двох основних засадах термодинаміки.
Термодинаміка вивчає:
Переходи енергії з однієї форми в іншу, від однієї частини системи до іншої;
Енергетичні ефекти, що супроводжують різні фізичні та хімічні процеси і залежність їх від умов протікання даних процесів;
Можливість, напрям і межі мимовільного протікання процесів в розглянутих умовах і різні види рівноваги.
Вивчення законів, які описують хімічні та фізичні рівноваги, має особливе значення в хімічній термодинаміці; їх знання дозволяє вирішувати, не вдаючись до досвіду, багато найважливіші завдання, що зустрічаються у виробничій, проектної та науково-дослідній роботі. Головними завданнями є наступні:
1) визначення умов, при яких даний процес стає можливим (без здійснення роботи ззовні);
) знаходження меж стійкості досліджуваного речовини (сукупності речовин) в тих чи інших умовах;
) з'ясування, яким шляхом можна зменшити кількість виходять при реакції небажаних речовин або навіть зовсім уникнути їх освіти, тобто придушити або усунути побічні реакції;
) вибір оптимального режиму процесу (температури, тиску, концентрації реагентів) і т.д.
Метою термодинамічної розрахунку є визначення теплового ефекту заданої хімічної реакції і можливість її протікання в заданому інтервалі температур.
Завдання
Провести термодинамічний розрахунок для хімічної реакції в інтервалі температур від 298 до 1500 К:
.
У таблиці 1 наведені довідкові дані деяких термодинамічних величин [1].
термодинаміка теплової хімічний
Таблиця 1 - Термодинамічні величини [1]
Речовина Теплоємність, Дж/(моль K) Коефіцієнти рівняння - 167,3693,9362,3423,85-- - 110,5197,428,414,1-0,46- 033,322,646,28-135613, 02 - 393,5213,644,149,04-8,53-
1. Розрахунок теплового ефекту хімічної реакції при стандартних умовах
Тепловим ефектом реакції називається теплота, що виділяється або поглинається при реакції, що протікає термодинамічно необоротно при рівності температур початку і кінця процесу.
За стандартні умови приймають температуру 298 К і тиск 0,1 МПа. Розрахунки теплових ефектів хімічних реакцій засновані на законі Гесса: «Тепловий ефект хімічних реакцій залежить тільки від виду та стану вихідних речовин і продуктів реакції і не залежить від шляху процесу». Закон Гесса застосуємо до процесів, які проводять при постійному обсязі або тиску.
Теплові ефекти хімічних реакцій в стандартних умовах можна розрахувати за табличним значенням стандартних теплот утворення D Н 0 обр або стандартних теплот згоряння D Н 0 сгор.
Стандартної теплотою освіти даної речовини називається парниковий ефект освіти 1 благаючи розглянутого речовини з простих речовин, стійких в цих умовах.
Стандартної теплотою згоряння даної речовини називається тепловий ефект реакції окислення 1 моля цієї речовини киснем з утворенням вищих оксидів, що входять в цю речовину.
За законом Гесса випливає, що тепловий ефект реакції дорівнює різниці між стандартними теплотамі утворення продуктів реакції і вихідних речовин з урахуванням стехіометрічемкіх коефіцієнтів.
, (1)
де - тепловий ефект хімічної реакції при стандартних умовах;
- стехіометричні коефіцієнти.
Якщо тепловий ефект реакції позитивний, то процес називається ендотермічним, якщо тепловий ефект реакції негативний, то процес називається екзотермічним.
Підставляючи числові значення, отримаємо:
.
Реакція є екзотермічної, проходить з виділенням тепла.
2. Розрахунок теплового ефекту хімічної реакції по рівнянню Кирхгофа
Залежність теплового ефекту хімічної реакції від температури виражається рівнянням Кірхгофа:
, (2)
