Учебно-методический комплекс по предмету обсуждена на заседании кафедры «Химическая технология»

11-Практическая занятия
Тема: Расчеты вакуумного фильтра для карусели
Пример
Определить стандартную энтропию для процесса
1,5 H₂ + 0,5 N₂ NH₃

S =192,5 Дж/(моль.К)

S =191,6 Дж/(моль·К)

S = 130,6 Дж/(моль ·К)

S=-1,5 S - 0,5 S +S =192,5-1,51306-0,5.191,6=-149,2 Дж/град.

Задачи
Определить стандартные значения энтропии для следующих процессов:

1. 
   50₂+4NН₃=4NО+6Н₂О
   
2. 
   3О₂+4NН₃=2N₂+6Н₂О
   
3. 
   СН₄+Н₂О(г)=СО+3Н₂
   
4. 
   2СН₄+О₂=2СО+4Н₂
   
5. 
   СО+Н₂О(г)=СО₂+Н₂
   
6. 
   СО+2Н₂=СН₃ОН
   
7. 
   2NО+О₂=2NО₂
   
8. 
   6NО+4NН₃=5N₂+6Н₂О
   
9. 
   СН₄+4NО=СО₂+2N₂+2Н₂О
   
10. 
    СН₄+2О₂=СО₂+N₂+2Н₂О
    

Cтандартные значения энтропии.

Компонент	S^о298
	кал/(моль·К)	Дж/(моль·К)
NО	50,34	210,62
Н2О(г)	45,11	188,74
О2	49,0	205,03
NН3	46,01	192,5
N2	45,77	191,5
СН4	44,50	186,19
СО	47,18	197,4
Н2	26,01	130,6
СО2	51,06	213,6
СН3ОН	30,28	126,7
NО2	57,47	240,45

Энтропия твердых неорганических веществ определяется по уравнению:

S =Alg M+B (8.1)

где М-молекулярный вес; А и В-константы характерные для каждого типа соединений.

Константы А и В для некоторых типов соединений

Типы соединений	А Дж/(моль·град)	В Дж/(моль·град)
М2О	87,45	-87,45
МО	60,67	-70,71
М2О3	138,49	-227,61
МО2	64,02	-68,62
М2О5	133,05	-209,2
МХ	62,76	-38,07
МХ2	136,82	-185,35
МХО3	35,98	68,20
МS	69,87	-73,22
МNО3	90,79	-60,67

Пример

Определить энтропию при стандартных условиях для МgO и КСl. Сравнить с табличными данными:

S =+ 82,68 Дж/(моль·К) М.в.=74,5

S =+26,94 Дж/(моль·К) М.в.=40,3

для KСl

S =62,76 lg 74,5-38,07=62,76 ·1,8722- 38,07=76,43 Дж/(моль·К)

Для MgО
S =60,67 lg 40,3- 70,71= 60,67 ·1,6053- 70,71 = 26,68 Дж/(моль·К)

Задачи: Определить энтропию при стандартных условиях для веществ:
Na₂O, K₂O, MgCl₂, FeO, Fe₂O₃, FeCl₂, FeCl₃, NaCl, FeS, Na₂S
Сравнить с табличными данными.
Для газообразных неорганических веществ стандартная энтропия вычисляется по уравнению:

lgS =AlgM+ lg B (8.2)

Значения констант А и В для некоторых газов

Газы	А	В Дж/(моль ·К)	lgB Дж/(моль·К)
Двухатомные	0,136	124,68	2,096
Трехатомные	0,211	101,67	2,007
Четырехатомные	0,221	101,25	2,005
Пятиатомные	0,213	102,51	2,011
Шестиатомные	0,294	82,42	1,916

Пример: Определить энтропию в cтандартных условиях для НСl, NO₂, NH₃, N₂O₄ и сравнить с табличными данными.


= 186,7 Дж/(моль·К); М.в.=36,5

S =240,45 Дж/(моль·К); М.в.=46,0

S =192,5 Дж/(моль·К); М.в.=17

S = 304,3 Дж/(моль·К); М.в.=92

lg = 0,136 lg 36,5+ 2,096= 2,3085


= 200,4 Дж/(моль·К). Табл. 186,7 Дж/(моль·К)

lg S =0,211 lg 46+ 2,007 =2,3578

S =227,9Дж/(моль·К). Табл. 240,45 Дж/(моль·К)

lg S =0,221 lg 17 + 2,005= 2,2769

S = 189,2 Дж/(моль·К). Табл. 192,5 Дж/(моль·К)

lg S =0,294 lg 92+ 1,916= 2,4934

S = 311,5 Дж/(моль·К). Табл. 304,3 Дж/(моль·К)

Задачи: Определить энтропию в стандартных условиях для следующих газов:
NО, СО, СО₂, N ₂О, N₂О₃, СН₄, Н₂, АsСl₃, ВF₃, СS₂, Cl₂О, ClО₂, НСN, NОCl, SО₂, SО₃, SiF₄
Cравнить, полученные данные, с табличными.
Правило Латимера (для твердых неорганических веществ):

S =3/2R ln A₁ A₂ A₃…-0,94·n (8.3)

где А- атомный вес элементов, входящих в соединение; n- число атомов в соединении.

Пример: Определить стандартную энтропию для КСl и сравнить с табличными данными. (Табличное значение =19,8 кал/моль

S =3/2 · 1,987 ·2,303 lg A_К ·A_cl=1,5.1,987.2,303.lg 39.35,5- 0,94.2= 19,68 кал/моль

Правило Герца (для твердых неорганических веществ)

S = (8.4)

где с-удельная теплоемкость; n-число атомов в соединении.

Удельную теплоемкость определяют по уравнению

C= (8.5)

Пример: Определить S для КСl и сравнить с табличными данными. (Табличное значение 19,8 кал/моль).

C= = 0,166

S = = 17,8

Задачи: Определить стандартные значения энтропии по правилу Латимера и правилу Герца для следующих компонентов:
ZnCO₃, ZnO, NiSО₄, PbCO₃, PbCl₂, PbO₂, Na₂B₄O₇, Na₂Co₃, K₂Cr₂O₇, K₂CrO₄, KBr, LiCl, MgCl₂, MnCO₃.
Полученные данные сравнить с табличными.
12-Практическая занятия
Тема: Расчеты воспламенения серы

В процессах, протекающих при постоянных давлении и температуре, критерием направления процесса и равновесия является энергия Гиббса.

В процессах, протекающих при постоянных объеме и температуре, критерием направления процесса и равновесия служит энергия Гельмгольца.
При необратимом самопроизвольном протекании процесса энергия Гиббса и энергия Гельмгольца уменьшаются, т.е.

ΔG < O и Δ F < O (9.1)

При этом значения обеих энергий в конечном состоянии меньше, чем в начальном:

G₂ < G₁ и F₂< F₁ (9.2)

При обратимом протекании процесса или в момент равновесного состояния изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца равно 0.

ΔG= G₂-G₁= O и ΔF=F₂-F₁=O (9.3)

Из термодинамики имеем:

(9.4)

Приращение энергии при постоянной температуре может быть рассчитано по уравнениям:

(9.5)

При изучении химических реакций в электрохимическом элементе изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при постоянстве соответствующих параметров определяется по уравнениям:

Δ G = Z и = - Z - PV

или = - Z -RT Δnj (9.6)
где Δnj - изменение числа молей газообразных реагентов при протекании реакции.
При расширении или сжатии n молей идеального газа при постоянной температуре изменение энергии Гиббса, равное в данном случае изменению энергии Гельмгольца, определяется из уравнения:

ΔG= ΔF= 2,3 = 2,3 n RT (9.7)

2. Пример: Вычислить изменение энергии Гиббса при изотермном сжатии 100 м³ воздуха от 1,013·10⁵ Па до 10,13·10⁵ Па при 25 ^оС. Газ считать идеальным.
Решение: Определяем изменение энергии Гиббса при Т=соnst.

Число молей: n =

ΔG =

ΔG =

Пример: Определить изменение энергии Гиббса при сжатии 1 кмоль Н₂О от 1,013·10⁵ Па до 10,13·10⁵ Па при 25 ^оС. Сжимаемостью жидкости в указанном интервале давлений пренебречь (V=const)
Решение: Энергию Гиббса при Т=const и V=const находим по уравнению

ΔG= V (P₂-P₁)

ΔG=


Задачи


9.1. Вычислить изменение энергии Гиббса для процесса перехода I моль жидкого бензола при температуре кипения 80^оС и давлении Р₁ в газообразный при Р₂ и обратно для трех случаев:
а) Р₁=1,013·10⁵ Па и Р₂=9,11·10⁴Па

б) Р₁=1,013·10⁵ Па и Р₂=1,013·10⁵ Па

в) Р₁=1,013·10⁵ Па и Р₂=1,114·10⁵Па


9.2. Найти изменение энергии Гиббса при сжатии 1 моль указанной жидкости от Р₁ до Р₂ при 0 ^оС. Сжимаемостью жидкости в указанном интервале давлений пренебречь.

Жидкость	Плотность г/см^3	Давление,10^-5 Па		G1, Дж
		Р1	Р2
анилин	1,039	0,506	4,05	31,72
нитробензол	1,223	1,013	6,078	44,32
хлороформ	1,526	1,013	8,10	57,35
бензол	0,879	1,013	5,065	35,96

9.3. Вычислить изменения энергии Гиббса при изотермном сжатии газа от Р₁ до Р₂. Газы считать идеальными.

Газ	Количество газа	^оС	Давление,Па ·10^5		G1, Дж
			Р1	Р2
Кислород	0,005 м^3	0	1,103	1,013	116,495
Азот	7 гр	27	0,506	3,04	1114,2
Водород	0,01 м^3	100	0,506	5,065	1163,8
Окись углерода	0,003 м^3	25	0,1013	2,026	90,94