Часть 2 (И.А. Семиохин - Сборник задач по химической термодинамике (2007)), страница 3

Вычислить состав равновесной смеси в процессе изомеризации1,3-пентадиена по реакциям:СН2=СН−СН=СН−СН3(г) = СН2=СН−СН2−СН=СН2(г)СН2=С−СН=СН2(г) (изопрен)СН3при Т = 700 К и р =75 атм, если известны свободные энергии образования(ΔfGoТ, кДж⋅моль-1) и коэффициенты активности паров всех веществ при этихусловиях.18Вещества1-3-пентадиенΔfGo700γi1-4-пентадиенизопрен248,45266,31248,740,840,870,84Ответ: 100 x1,3−C5 H 8 = 50,1 %; 100 х1,4 −С5 Н 8 = 2,2 %; 100 xизопр = 47,7 %.Задача 4. Вычислить состав равновесной смеси при изомеризации 1 молябутена-1 в три изомера: цис-бутен-2, транс-бутен-2 и 2-метил-пропен приТ = 400 К и р = 1 атм, если известны логарифмы констант равновесия этихреакций:Н Н1) СН2=СН−СН2−СН3(г) = СН3−С=С−СН3(г) (цис);lnKpI = 1,059Н2) СН2=СН−СН2−СН3(г) = СН3−С=С−СН3(г) (транс);НlnKpII = 2,224СН33) СН2=СН−СН2−СН3(г) = СН2=ССН3lnKpIII = 3,613.(г);Ответ: 100 xC4 H 8 −1 = 2,0 %; 100 xC4 H 8 −цис = 5,7 %;100 xC4 H 8 − транс = 18,5 %; 100 х2 − м − пр = 73,8 %.Задача 5.

При пиролизе пропана (Т = 700 К и р = 1 атм) протекаютследующие реакции:1) С3Н8 = С3Н6 + Н2;2) С3Н8 = С2Н4 + СН4Используя значения свободных энергий образования реагентов при этихусловиях, рассчитайте состав равновесной смеси:ВеществоС3Н8С3Н6Н2С2Н4СН4ΔfGoТ, кДж⋅моль-195,94128,03−94,89−12,80Ответ: 100 хС3 Н 8 = 6,22 %; 100 хС3 Н 6 = 0,89;100 хС2 Н 4 = 100 хСН 4 = 46,00 %.19Задача6.Определитевыходбутеновприпиролизебутана,происходящем приТ = 1000 К и р = 1 атм по реакциям:1) СН3(СН2)2СН3 = СН2=СН−СН2−СН3 + Н2Н Н2) СН3(СН2)2СН3 = СН3−С=С−СН3 (цис) + Н2Н3) СН3(СН2)2СН3 = СН3−С=С−СН3 (транс) + Н2НЗависимость lnKp от температуры для всех реакций есть:lnKp = -А+ BlnT + E.ТПри этом значения В = 2,0131 и Е = 0,106 одинаковы длявсех реакциях, тогда как А1 = 12982,5; А2 = 12876,8 и А3 = 12630,6.Ответ: 100 хС 4 Н10 = 2,4 %;100 хС4 Н 8 −1 = 13,8 %;100 хС4 Н 8 − 2(цис ) = 15,3 %; 100 хС 4 Н 8 − 2( транс ) = 19,6 %;100 хН 2 = 48,8 %.Задача7.Приалкилированииизобутанаизобутеномвозможныследующие реакции:СН3 СН31) изо- С4Н10 + изо- С4Н8 = СН3−С−С− СН3 (2,2,3,3-тетраметилбутан)СН3 СН3СН32) изо- С4Н10 + изо- С4Н8 = СН3−С−СН3−СН−СН3 (2,2,4-триметилпентан)СН3СН3Рассчитать состав равновесной смеси при Т = 500 К и р = 10 атм, еслиизвестны константы равновесия : КрI= 2,9⋅10−3 и KpII = 1,198⋅10−1.Ответ: 100 хизо −С4 H10( г ) = 100 хизо −С4 Н 8( г ) = 40,10 %;100 х2,2,3,3− тмб = 0,47 %;20100 х2,2, 4 − тмп = 19,26 %.Задача 8.

При Т = 700 К и р = 100 атм алкилируют изобутан этиленом,превращая его в неогексан (2,2-диметилбутан) (I) и 2-метилпентан (II).Рассчитать состав равновесной смеси, если ΔrGo,I700 = 4,85 кДж⋅моль-1;ΔrGo,II700 = 0,29 кДж⋅моль-1, а коэффициенты активности веществ равны:Веществоизо- С4Н10С2Н4γi0,8900,9762,2-СН3диметилбутанСН3−СН−СН2−СН2−СН30,7620,739Ответ: 100 хизо −С4 Н10 = 100 хС2 Н 4 = 7,27 %;100 х2, 2 − дмб = 26,30 %; 100 х2 − мп =59,27 %.Задача 9. Определить равновесный состав смеси при гидрокрекинген-додекана при Т = 800 К и р = 20 атм, происходящем по следующимреакциям:1.

С12Н26(г) + Н2 = 2 н- С6Н14(г)2. С12Н26(г) + Н2 = н- С5Н12(г) + н- С7Н16(г)3. С12Н26(г) + Н2 = н- С4Н10(г) + н- С8Н18(г)Свободные энергии образования паров веществ (ΔrGo800, кДж⋅моль-1) равны:Вещество н-С12Н26ΔrGo800668,18н- С6Н14н- С5Н12н- С7Н16н- С4Н10н- С8Н18305,77245,89365,89184,97426,35Ответ: 100 xC12 H 26 = 100 xH 2 = 0,23 %; 100 xC6 H14 = 33,19 %;100 хС5 Н12 = 100 хС7 Н16 = 16,30 %; 100 хС 4 Н10 = 100 хС8 Н18 = 16,87 %.Вторая рубежная контрольная работапо фазовым и химическим равновесиямВариант 1.Задача 1.

Вычислить выход этилового спирта (в мольных %),образующегося по реакции:С2Н4+ Н2О(г) = С2Н5ОН(г),21при 300°С и 10133 кН⋅м-2 с помощью следующих данных:Ркр,ΔfHo298,кДж⋅моль-1So298,Дж⋅моль-1⋅К-1Ср,298-600,Дж⋅моль-1⋅К-1Ткр, КС2Н452,47219,2142,88282,65117Н2О(г)−241,83188,7233,61647,422120С2Н5ОН(г)−234,80281,3865,75516,06384ВеществоПримечание.ДлярасчетовкоэффициентовкН⋅м-2активностивеществвоспользуйтесь уравнением:lnγi = (9pr,i/128Tr,i)(1 – 6/Tr,i2), где рr,i= pi/pкр; Тr,i = Ti/TкрЗадача 2.

Теплота плавления льда при 0°С и 1 атм составляет334,72 Дж⋅г-1. Отношение удельных объемов льда и воды равно 1,091:1,000.Оцените изменение точки плавления льда при изменении давления.Задача 3. Определить в каком направлении будет происходить реакция:2MgO(т) + 2Cl2 + Cгр = 2MgCl2(т) + CO2 при T = 298 К и p = 1 атм.

Используйтедля решения задачи следующие данные:ВеществоMgO(т)Cl2CгрMgCl2(т)CO2ΔfHo298, кДж⋅моль-1−601,49−−−644,80−393,52So298, Дж⋅моль-1⋅К-127,07222,975,7489,54213,67Вариант 2.Задача 1. Смесь из 90 мольных % СО2 и 10 мольных % Н2 реагирует пореакции: СО2 + Н2 = СО + Н2О(г) при 1300 К. Вычислить равновесный составгазовой смеси при р = 1,4 атм с помощью следующих данных:СО2Н2СОН2О(г)238,038144,649212,140206,377−393,142−−113,812−238,913Вещество-1-10Φ1300, Дж⋅моль ⋅КΔfHo0, кДж⋅моль-1Задача 2. Как связаны константы параллельно протекающих реакций:1) СН4 + Н2О(г) = СО + 3Н2и2) СО + Н2О(г) = СО2 + Н222с равновесными количествами молей газов, участвующих в реакции, еслиисходная смесь содержала 2,5 моля Н2О(г) и 1 моль СН4? Чему равны KpI и KpII,если свободные энергии образования этих веществ (ΔfGo298,, кДж⋅моль-1)равны, соответственно:СН4Н2ОСОСО2−50,752−228,605−137,156−394,375Задача 3.

Какое количество сероуглерода будет извлечено, если черезнего пропустить0,005 м3 воздуха при давлении р = 720 мм рт. ст. и t = 40°С, аэнтальпия испарения сероуглерода равна 355,8 Дж⋅г-1 при его нормальнойтемпературе кипения (tнтк = 46,5°С)? Молярная масса CS2 равна 76 г⋅моль-1.Вариант 3.Задача 1. Определить состав равновесной смеси, образующейся пригидратации этилена: С2Н4 + Н2О(г) = С2Н5ОН(г) при T = 623 К и p = 100 атм,если известны следующие данные:So298,Дж⋅моль-1⋅К-1219,21Ср,298-623,Дж⋅моль-1⋅К-142,88Ткр, КРкр, атмС2Н4ΔfHo298,кДж⋅моль-152,47282,950,8Н2О(г)−241,83188,7233,61647,4218,5С2Н5ОН(г)−234,80281,3865,76516,263,1ВеществоПримечание. Для расчетов коэффициентов активности веществ воспользуйтесьуравнением:lnγi = (9pr,i/128Tr,i)(1 – 6/Тr,i2), где pr,i = pi/pкр; Tr,i = Тi/ТкрЗадача 2.

Рассчитайте парциальное давление СО2 в системе: СаСО3(т),СаО(т) и СО2 при T = 298 К и p = 1 атм. При какой температуре СаСО3 начнетразлагаться? Воспользуйтесь следующими данными:ВеществоΔfHo298,кДж⋅моль-1СаСО3(т)СаО(т)CO2−1206,83−635,09−393,5238,10213,6791,71So298, Дж⋅моль-1⋅К-1При расчетах предполагается, что ΔrCp = 0.23Задача 3.

Давление насыщенного пара ртути в интервале температур298 ÷ 530 К можно выразить уравнением:lg p(мм рт. ст.) = -3308+ 10,373 – 0,8lgT.ТНайти энтальпию испарения ртути в нормальной точке кипения (Т= 630 К).Вариант 4.Задача 1. Зависимости давления насыщенного пара над фазами даютсяуравнениями:lnpт = 28,74 -61003340и lnpж = 18,61 (р в мм рт. ст.)ТТdp)Tпл , если ΔV = V ж - V т = 1 мл⋅моль-1.dTЗадача 2. Как изменится степень диссоциации N2O4 при 50 °С, еслиНайти (давление увеличить с 0,5 атм до 2 атм? Для реакции: 2NO2 = N2O4 зависимостьконстанты равновесия от температуры дается уравнением:lgKp =3070T+ 0,189lgT + 0,446⋅10-3T – 0,022⋅10-5T-2 – 10,019.Задача 3.

Смесь 1 моля СО2 и 2 молей Н2 реагирует с графитом приТ = 1000 К и р = 2 атм с образованием СО и Н2О(г). Термодинамическиесвойства реагентов приведены в таблице:ВеществоΔfHo0, кДж⋅моль-1Фо1000, Дж⋅моль-1⋅К-1СгрН2О(г)Н2СОСО2−−238,913−−113,812−393,14211,656196,727136,957204,071226,420Чему равны константы равновесия обеих реакций? Получите уравнения дляравновесного состава пара при давлении 2 атм.Вариант 5.Задача 1. Плотности жидкого и твердого олова при температуреплавления (231°С) равны, соответственно 6,980 и 7,184 г⋅см-3. Энтальпия24плавления олова равна 7071 Дж⋅моль-1. Определите температуру плавленияолова при р = 100 атм, если молекулярная масса олова равна 118,69 г⋅моль-1.Задача 2.

Как изменится состав равновесной смеси в реакции:N2O4 = 2NO2, если давление повысить от 1 атм до 10 атм при 63°С и значенииKр = 1,27? Во сколько раз изменится Kр при повышении температуры до127 °С? При решении используйте следующие данные:ΔfHo298,кДж⋅моль-1So298,Дж⋅моль-1⋅К-1So400 - So298,Дж⋅моль-1⋅К-1ΔfHo400 - ΔfHo298,кДж⋅моль-1N2O411,112304,2824,928,464NO233,095240,0611,393,933ВеществоЗадача 3. Найти давление газа над NH4Br(т) для реакции:NH4Br(т) = NH3 + HBr,протекающей при Т = 600 К, считая теплоемкости реагентов Cp постоянными винтервале температур 298 ÷ 600 К.

Используйте следующие данные:ΔfHo298,So298,Cp,кДж⋅моль-1Дж⋅моль-1⋅К-1Дж⋅моль-1⋅К-1NH4Br(т)−270,10112,8088,70NH3−45,90192,6635,63HBr−36,44198,5929,14ВеществоВариант 6.Задача 1. Зависимость давления насыщенного пара муравьиной кислотыр (мм рт. ст.) от температуры выражается уравнениями: для твердой фазыlgp = 12,486 -31601860, для жидкой фазы: lgp = 7,884 .TTВычислите координаты тройной точки и величины ΔHoпл и ΔSoпл втройной точке.25Задача 2. Рассчитать состав равновесной смеси в реакции:н-С8Н18(г) = С6Н4(СН3)2(г) + 4Н2при Т = 500 К и р = 1 атм, используя следующие данные:ВеществоФо500, Дж⋅моль-1⋅К-1ΔfHo0, кДж⋅моль-1н-С8Н18(г)419,63−159,84С6Н4 (СН3)2(г)324,6546,28Н2116,92−Примечание.