Термодинамический анализ процессов

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Декабря 2010 в 17:22, контрольная работа

Описание работы

термодинамический анализ двух реакций при одинаковом сочетании исходных веществ. Сопоставление соответствующих характеристик процессов позволяет оценить термодинамически наиболее вероятное направление реагирования, понять взаимосвязь основных термодинамических величин.

Содержание работы

Введение
1.Условия задачи
2.Ход решения задачи
3.Решение задачи
4.Термодинамический анализ реакций
Библиографический список

Файлы: 1 файл

Курсовая работа.doc

— 658.00 Кб (Скачать файл)

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 3

1.Условия  задачи 4

2.Ход  решения задачи 5

3.Решение  задачи 6

4.Термодинамический анализ реакций 14

Библиографический список 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Термодинамический анализ процессов производства изделий  из бетона, стекла и других строительных материалов важен для научного управления многих технологических процессов.

   Настоящее расчетно-графическое задание имеет  целью привитие навыков термодинамического анализа по данным расчета основных характеристик реакций, встречающихся в технологии производстве силикатных строительных материалов. В частности, рассчитываются такие термодинамические характеристики, как изменение теплоемкости, энтальпии, энтропии, энергии Гиббса, константа химического равновесия реакций с участием оксидов, гидроксидов, силикатов, сульфатов, гидросиликатов и газообразных химических соединений.

 

1.УСЛОВИЯ  ЗАДАЧИ 

      Для реакций 1 и 2 варианта  №  6  из приложения 1 определить:

    1. Изменение энтальпии и энтропии при стандартных состояниях веществ и температуре 298 К.

1.2.  Получить уравнение зависимости  величин ΔСР, ΔН°Т и ΔS°T от температуры.

1.3. Рассчитать значения ΔСР, ΔНТ и Δ   при температурах:

Т1 = 280 , Т2 = 298 , Т3 = 320 , Т4 = 340 , Т5 = 360 , Т6 = 380 , Т7 = 400° К (приложение 2)

Результаты  расчета представить таблицей и  на графиках в координатах 

ΔСР =  φ (T),  ΔНТ = φ (T), ΔSТ = φ (T).

1.4. Вычислить значения стандартного химического сродства

 и константы равновесия  обеих реакций при названных температурах. Результаты расчета представить таблицей и на графиках в координатах

ΔGТ = φ (T), lg K = φ (T).

1.5. Дать термодинамический анализ исследуемых реакций на основании полученных результатов.

1.5.1. Объяснить  характер влияния температуры  на величины , , и lg K.

1.5.2. Показать  влияние внешних параметров (давления, температуры) на равновесие каждой  из реакций.

1.5.3. Оценить  возможность протекания каждой  из реакций при стандартном состоянии веществ в изученном интервале температур.

1.5.4. Оценить  термодинамическую предпочтимость  реакций при стандартных состояниях  реагирующих веществ.

1.5.5. С  помощью графика в координатах   lgK = φ(1/T) оценить среднее значение тепловых эффектов обеих реакций  в изученном интервале температур и сравнить с данными расчета величин реакций.

1.5.6. Оценить  вариантность системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ХОД  РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ 

Значения  теплового эффекта  и изменения энтропии в реакциях рассчитывают по справочным данным о стандартных теплотах образования и энтропиях реагентов:

=    (2.1) 

   (2.2)

Для определения  величин  и без учета фазовых превращений используют уравнения:

      (2.3) 

     (2.4) 

Изменение теплоемкости ΔСР веществ в реакции является функцией температуры; может быть выражена, например, эмпирическим уравнением

ΔСР = Δа + Δb•T + ΔC’•T-2     (2.5)

Интегрирование  уравнение (2.3) и (2.4) с учетом зависимости (2.5) приводит к следующим выражениям:

ΔH0Т = X + ΔaT + ½ ΔbT2 – Δc’T-1    (2.6) 

где X = ΔH0298 – Δa298 – Δb2982/2 + Δc’ 298-1  (2.7)

                                                                               

ΔS0Т = Y + Δa lnT + ΔbT – ½Δc’T-2    (2.8)

                                   

где Y = ΔS0298 – Δa ln298 – Δb298 + ½Δc’/2982  (2.9)

                              

Значения  и константы химического равновесия реакции могут быть рассчитаны из уравнений:

       (2.10)

     (2.11)

По уравнениям (2.12), (2.13) и (2.14) рассчитываем ΔH0ф/п, реак , ΔS0ф/п, реак и ΔG0ф/п, реак:

ΔH0ф/п, реак = X + ΔaT + ½ ΔbT2 – Δc’T-1 + ΔH0ф/п, воды  (2.12)

ΔS0ф/п, реак = Y + Δa lnT + ΔbT – ½Δc’T-2 + ΔS0ф/п, воды (2.13)

ΔG0ф/п, реак = ΔH0ф/п, реак – Тф/п ΔS0ф/п, реак   (2.14) 

По уравнению (2.14) рассчитываем ΔS0ф/п, воды:

ΔH0ф/п, воды = 40,66 кДж/моль

ΔS0ф/п, воды = ΔH0ф/п, водыф/п     (2.15) 

3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ 

Пусть исследуемые уравнения реакции:

1.  β ─ 2CaOSiO2 + 1,17 H2O(ж) = 2CaOSiO2•1.17H2O

2.  β ─ 2CaOSiO2 + 2H2O(ж) = ½(3CaO•SiO2•3H2O) + ⅓ Ca(OH)2

Термодинамические характеристики реагентов приведены в таблице 1. 

Таблица 1

Термодинамические данные веществ

Вещество
,

кДж/моль

,

Дж/моль•К

СР = а + в•Т + с’/Т2,

Дж/моль•К

a b•10-3 c’•105
β ─ 2CaOSiO2 -2306,27 127,49 151,53 36,91 - 30,26
H2O(ж) -285,57 69,87 33,15 70,85 11,10
H2O(г) -241,59 188,54 29,97 10,70 0,33
2CaOSiO2•1.17H2O -2663,29 160,51 173,05 93,03 -30,93
3CaO•SiO2•3H2O -4778,58 311,83 340,84 188,52 -61,32
Ca(OH)2 -985,64 76,08 62,72 43,68 -12,29
 

3.1 Рассчитываем тепловой эффект реакций: 

Расчёт  ΔH0298 для воды в жидком агрегатном состоянии:

ΔH0298(1) = ΔH0298(2CaOSiO2 • 1.17H2O) – ( ΔH0298 2CaOSiO2 + ΔH0298 H2O(ж)) = -2663,29 –

– (-2306,27 + 1,17 • (-285,57)) = -22,9031 кДж,

ΔH0298(2) = (ΔH0298.3CaO•SiO2•3H2O + ΔH0298. Ca(OH)2) – (ΔH0298 2CaOSiO2 + ΔH0298 H2O(ж)) =

 = ( ½ • (-4778,58) + ⅓ • (-985,64)) – (-2306,27 + 2 • (-285,57)) = 159,5733 кДж 

Расчёт  ΔH0298 для воды в газообразном агрегатном состоянии:

ΔH0298(1) = ΔH0298(2CaOSiO2 • 1.17H2O) – ( ΔH0298 2CaOSiO2 + ΔH0298 H2O(г)) = -2663,29 –

– (-2306,27 + 1,17 • (-241,59)) = -74,3597 кДж,

ΔH0298(2) = (ΔH0298.3CaO•SiO2•3H2O + ΔH0298. Ca(OH)2) – (ΔH0298 2CaOSiO2 + ΔH0298 H2O(г)) =

 = ( ½ • (-4778,58) + ⅓ • (-985,64)) – (-2306,27 + 2 • (-241,59)) = 71,6133 кДж 

Рассчитываем  ΔH0ф/п, реак:

Рассчитываем  ΔH0ф/п, реак  для воды в жидком агрегатном состоянии:

ΔH0ф/п, реак = X + ΔaT + ½ ΔbT2 – Δc’T-1 + ΔH0ф/п, воды 

ΔH0ф/п, реак(1) = -21149,5523 – 17,27•373 – 1,34 •10-2•3732 + 1,3657•106 •373-1 +

+ 1,17 • 40660 = 21778,0032 Дж

ΔH0ф/п, реак(2) = 161606,084 – 26,5•373 – 3,4895•10-2•3732 + 26,7•105•373-1 +

+ 2 • 40660 = 201597,0545 Дж 
 

Рассчитываем  ΔH0ф/п, реак для воды в газообразном агрегатном состоянии:

ΔH0 ф/п, реак(1) = -72615,403 – 13,54•373 + 2,18 •10-2•3732 + 1,0561•105 •373-1

+ 1,17 • 40660 = -26777,4741 Дж

ΔH0 ф/п, реак(2) = 73637,43 – 20,14•373 + 2,53•10-2•3732 + 5,16•105•373-1 +

+ 2 • 40660 = 152348,5517 Дж 

На рисунках 1 и 2 изображены зависимости ΔНТ = φ (T) первой и второй реакций соответственно.

Рис. 1

Рис. 2 

3.2 Рассчитаем изменение энтропии : 

Расчёт  ΔS0298 для воды в жидком агрегатном состоянии:

ΔS0298(1) = S0298(2CaOSiO2 • 1.17H2O) – ( S0298 2CaOSiO2 + S0298 H2O(ж)) = 160,51 –

 –  (127,49+1,17• (69,87)) = = -48,7279 Дж/моль•К,

ΔS0298(2) = (S0298.3CaO•SiO2•3H2O + S0298. Ca(OH)2) – (S0298 2CaOSiO2 + S0298.H2O) =

 = ( ½ • (311,83) + ⅓ • (76,08)) – (127,49 + 2 • (69,87)) = -85,955 Дж/моль•К

Расчёт  ΔS0298 для воды в газообразном агрегатном состоянии:

ΔS0298(1) = S0298(2CaOSiO2 • 1.17H2O) – ( S0298 2CaOSiO2 + S0298 H2O(г)) = 160,51 –

 –  (127,49+1,17• (188,54)) = = -187,5718 Дж/моль•К,

ΔS0298(2) = (S0298.3CaO•SiO2•3H2O + S0298. Ca(OH)2) – (S0298 2CaOSiO2 + S0298.H2O(г)) =

 = ( ½ • (311,83) + ⅓ • (76,08)) – (127,49 + 2 • (188,54)) = -323,295 Дж/моль•К 

Рассчитываем  ΔS0ф/п, реак:

ΔS0ф/п, воды = ΔH0ф/п, водыф/п

ΔS0ф/п, воды = 47572,2/373 = 127,5394 Дж

Рассчитываем ΔS0ф/п, реак  для воды в жидком агрегатном состоянии:

ΔS0ф/п, реак = 49,9579  – 17,27 • ln373 – 2,68•10-2 • 373 + 6,8285•105•373-2 +

+ 127,5394 = 70,1433 Дж

ΔS0ф/п, реак = -226,515 – 20,14 • ln373 + 50,51•10-3 • 373 + 2,58•105•373-2

+ 127,5394 = 24,9613 Дж

Рассчитываем  ΔS0ф/п, реак для воды в газообразном агрегатном состоянии:

ΔS0T(1) = -124,018 – 13,54 • ln373 + 4,36 •10-2 373 + 5,2805•104•373-2

+ 127,5394 = -60,0144 Дж

ΔS0T(2) = -226,515 – 20,14 • ln373 + 50,51•10-3 • 373 + 2,58•105•373-2 +

+ 127,5394 = -197,5416 Дж 

 На рисунках 3 и 4 изображены зависимости ΔSТ = φ (T) первой и второй реакций соответственно.

Рис. 3

Информация о работе Термодинамический анализ процессов