Задачник по термодинамике (555278), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Л/эээ =~',э! Л!,эр !=Л/сн,он — Л/со = = — 201 ° 1Оэ + !! 0 10з = — 91 ° 10э кдж; Л/т= Л/э ~-~Рэ,.а! Т+'/, ~' тп 5! Т'= ! ! =Л/,— 67,69Т+ 47,19 10-' Т', где ~Р э!а; = !5,28 — 28,41 2 27,28 = — 67,69; ! ~ т!!)! = 105.10-э 4 !О з 2„3 26,!О-з 94 38 10 э Относя это уравнение к стандартной температуре 298 К и подставляя значение теплового эффекта реакции, найденное выше, получим значение константы Л(, = — 91.!О + 67,69 298 — 47,19 !О-э 298' = 75. 10з КДЖ. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры будет иметь вид Л/т= — 75„10э 67 697 ! 47 19,!О зТэ Подставляя в данное уравнение температуру !000 К, получим Л/т=!зээ= — 75 10э — 67,69 1000 +47,19 10 э.1000з =- = — 95,5 10з кДж. 78 ф 8.2.
Химическое равновесие 8.20. Константа равновесия реакции 2МО (г) + Оа (г) = 2НОэ (г) прп температуре 663 К К, = рйо.~(рйоро,) 25,6 Х Х 1О-' (р, Па). Определить константу равновесия Кс. 8.21. Определить константу равновесия К„, при 600 К для реакции 2Нэ (г) + СО (г) = СН,ОН (г), если при этой температуре известны константы равновесия реакций: СН,,ОН (г) + СО (г) =СН„,ОООН (г); К„а =2,78 Х х 10 — ' (р, Па); 2На (г) )-СН,СООН (г) -- 2СНцОН !г), Кр, =6,5 Х х 1О-' (р, Па). Р е ш е н и е.
Складывая уравнения второй и третьей реакций, можно получить уравнение первой реакции. Следовательно, 661 — — 663+ 563, Учитывая, что Лб = = — )с„7'!п Кр, получим связь между константами равновесия в виде 1п К„, = — !п К„ч +!п Кр,, отсюда Кю =Кла Кга =2 78 10 а 6 5 10 "=-1,8! ° !О ы(р, 11а). 8.22.
Определить константу равновесия Кр, реакции 50э (г) + г)О., (г) — 5О, (г) + МО (г) при температуре 730 К, если известны константы равнове сия следующих реакций при этой температуре: 250я (г) + О, (г) = 250а(г); Кгы = 3,42 х 10-' (р, Па); 2ЫО (г) !- Оа (г) = 2КОа (г); К„„= 5,93 10-' (р, Па) 8.23. Определить направление течения реакции Н я (г) + 1, (г) = 2Н 1 (г) в смеси реагирующих веществ при температуре 717 К г следующих значениях молярных концентраций компонен топ (кмоль'м'): а) Сн, = 2, С~,=5, Сгп =1О; б) Си, =1,5, Сы =0 25, Сщ = 5; в) Сн,=1, С~,— — 2, Сп!-— 10.
При 7=7!7К константа равйовесия реакции Ко =50. Р е щ е н и е. Подставляя в !равнение пзотермы соответствующие вели щны, получим: 102 а) Л/', = 8,314 717 2,3 (18,—,, — 1д 50) = — 9583 кДж( з в ~0, реакция будет протекать в направлении образования Н1; б) АРз = 8,3!4 7!7.2,3 (16,,",,, — !6 50) = = 1713 кДж ) О, реакция будет протекать в направлении диссоциация Н1; в) Лг"з =- 8,314 717 2,3 (18 —, — (и 50) = О, система находится в химическом равновесии.
8.24. Для реакции СО (г) + Н,О (г) =- СОя (г) + Нз (г) нри температуре 1500 К константа равновесия Кр = 0,3 (р, Па). Определить, в каком направлении будет протекать реакция при следующих значениях парциальных давлений компонентов в смеси: а) рсо == 2.10' Па; рн,о = 6 сч г, 10' Па; рсо,=4 10'Па; рн,=3 10'Па; б) рсо = = 20 1О' Па; рн о — — 5 10' Па; рсо, = 6 10' Па; рн, = =- 2 10" Па. 8.25. Для реакции 2ГеО (т) = 2Ге (т) + О, (г) при температуре 1000 К константа равновесия А'я = — 3 10 — ' (р, Па).
Определить, в каком направлении будет протекать реакция нри следующих значениях парциального давления кислорода над смесью окиси железа и железа; а) ро, = 4.10-'Па; б) /тгь = 2 10 ' Па. 8.26. Вычислить химическое сродство Н,, и Н, в реакции ЗН, (г) + М (г) = 2(ч Н 3 (г) при температуре 723 К и определить направление реакции, если при данной температуре константа равновесия Кс = 1,93 и начальные молярные концентрации веществ в смеси: Сн, = 5 кмоль/мз, Сн, = 3 кмоль/мз, Снн, = 6 кмоль/м'.
8.27. Определить стандартное химическое сродство реакции 2Ад (т) -+ "/,О, (г) =- Ад,О (т), если известно, что давление над АдзО при температуре 298 К н химическом равновесии равно 5 10 '" Па. Р е ш е н и е. Константа равновесия реакции К„= 1,'ро/* == У 10'/5 = 14,14 (р, Па). Подставляя зто зна- 80 чешю и )раппси ~е для стандартного химического сродства, полу п~м Лбы„= — 8,314 298 2,3 !д !4,14 = — 6560 кДж.
8.28. Определи гь нормальное химическое сродство длз реакции 2СО (г) -1- Оч (г) = 2СОч (г) прп температ1ре !273 К, если степень диссоциации СО, при этой температуре и давлении р = ! гПа равна а = 3 1О '. Р е ш е н и с. Выразим количество веществ в моменг равновесия через степень диссоцнации: псо, = 2 (1 — а]; и со - — — 2а; по, — — а. Общее количество веществ в равнс- "1 весной смеси ~ и, = 2 + а. Подставляя количество веществ в выражение для константы равновесия, получим 7, г ! и.,( я ')х' 4(! — а!'(а+о! Хл! / 4аэ я 2 — где ~! ч; = — 1.
доз ' Стандартное химическое сродство находится из уравнени! Ьб' = — йя Т 1п Ка = — 8,3 14 ! 273 2,3 !и ! (3 !о 'ул =- — 3,38 10'кДж1кмоль. 8.29. Константа равновесия реакции Н, (г) + 1, (г) = 2Н 1 (г) при температуре 633 К Ки, = 66,5, а при температуре 717 К Ка, = 50. Определить стандартное химическое сро7- ство при температуре 7!7 К и средний тепловой эффект реакции в данном интервале температур. 8,30. Определить средний тепловой эффект Ь! реакция 2СО (г) +-О, (г) = 2СО, (г) в пределах температур от 2000 до 2500 К, если известия константы равновесия этой реакции: при 2000 К Кя, == = 3,91 10-" (р, Па); при 2500 К )(аа = 2,22 10 — ы (р, Паь 8,3!. Для реакции, протекающей по уравнению СН4 (г) + Н О (г) СО (г) + ЗН (г) зависимость константы равновесия от температуры выражается уравнением 1я К = †98)Т + 8,18 !д Т вЂ” 1,96 10 а Т вЂ” 11,4.
п! Определить тепловой эффект реакции при температуре 2000 К. 8.32. Для реакции, протекающей по уравнению 2Хх (г) + 6Н,О (г) = 4)хНа (г) + ЗО, (г), зависимость константы равновесия от температуры выража- ется уравнением 16 Кр — — — 66 250'Т вЂ” 1,75 18 Т вЂ” 5 2 Определить тепловой эффект реакции и стандартное химическое сродство при температуре 2000 К.
Р е ш е и и е. Из уравнения изобары имеем Л( = — К„Тах х (й!п 7( р)бТ). Используя зависимость константы равновесия от температуры, находим производную = — ! 2,3 ! — —" — 1,75!8 Т вЂ” 5,2)1 == бт бт ~ ' ( т 2,3 ° бб 2бе П75 1- "т Подставляя производную н значение температуры Т = =- 2000 К в уравнение изобары, имеем Л! = 8,314 (2,3 66 250 — !,75Т) = 8,3! 4 (2,3 66 250— — 1,75 2000) =!2.38 10' кДж.
Подставляя в уравнение для стандартного химического сродстна зависимость константы равновесия от температуры и значение Т = 2000 К, получим Лб'= — 77„Т 1п Кн =2,3 8,314Т (662507Т+ 1,75 х х !а Т р 5,2) = 2,3 8,314 2000 (66 250/2000 + 1,75 х Х !д 2000 + 5,2) = 16,86 !О' кДж. 8.33. Установить влияние обьема и давления на степень диссоцнации Н,О н реакции 2Н,О (г) =- 2Нх (г) --, О, (г). Р е ш е н н е. Полагая, что перед диссоциацией вещества Нх и О, отсутствуют, а количество вещества НхО равно Л7, выразим количества веществ в равновесной смеси через степень диссоциации ох пн, = 7Уи; по, = г7х7Угх; нп,о = -= Л7 (1 — а). Общее количество веществ в равновесной сме- си ~' л; = й/ (! Ч- а/2).
Подставляя количество веществ з 3 выражения для константы равновесия, полччим К, Йл 'Рл; ) (! — а!'(2та! ! ( И ) 2(1 — а]И Учитывая, что степени диссоциации обычно малы в сравнении с единицей, можно записать приближенные выраж«- ння в виде Кр а'р/2; Кр а'/7р Тр//(И).
Имея в виду, что константа равновесия Кр зависит только от температуры и при постоянной температуре остается неизменной, можно заключить, что степень диссоциации данной реакции увеличивается с увеличением объема и уменьшается с увеличением давления. 8.34. Установить влияние объема и давления на степегь диссоциации Н! в реакции 2Н[ (г) = Н, (г) + 1, (г). 8.35. Смесь, содержащая молярные доли Н, = 60 л, Н[, = 20 % инертного газа И = 20 %, реагирует с образованием ЫН, при давлении 5 МПа и температуре 673 Н;.
Определить молярную долю Н., который превращается в Н[Н„и малярную долю Н[Н, в образовавшейся смеси. Константа равновесия Кр = 0,0!25. Р е ш е н и е. Уравнение реакций имеет вид '/,Н, (г) + '/зН, (г) = НН, (г), для нее ~ч; =— Количества веществ (кмоль) в исходной смеси: й/н, — — 6!), й/н, = 20, /(/нн, = О, л/и = 20; в равновесной смеси: лн, = 60 (! — х), лн, = 60/3 (! — х), лнн, = 60.2/'1, пи =- 20, где х — степень превращения водорода. Общие количество веществ в равновесной смеси 2,л; = 100 — 40х. Подставляя количества веществ в равновесной смеси и значение константы равновесия в уравнение К„ = П п~~;< с х ( ~ ) ', получим ! 0,0125 40к ! Оо — 40х [во (! — к)!з/з [2о(! „)1$ (з' зо (,3 Решая уравнение методом последовательных приближений, получим значение степени превращения х = 0,219.
Это значит Н, =- 21,9 О~о превращается в /4г!а. Молярная доля Ь/На в ранновесной смеси будет и 40х 100 40 0,2!9 100 100 — 40к 100 — 40 0 2!9 ~„л! 8.36. Для реакции С (т) + 2Н, (г) = СН4 (г) при температуре 573 К константа равновесия К„= 1,53 10-' (р, Па). Определить объемную долю метана в равновесной смеси прн данной температуре и давлении 1,0!3 МПа. Р е ш е н и е. Константу равновесия данной реакпии можно представить в следующем виде: К, = рсн,/рг!, = '= реп,/(р — рсн.)', отсюда рсн, — [2р + (1/Кя)! рсн, + Ь р' — '- О. Решением уравнения будет , = [р + (1/2 К„)1 ~ У[р + ('/, К„И' — р'. Подставляя значения р и Кр, получим р,„, =~10,13.10'+ ' 1- [(10,13 10'+ 2 1,53 10 ' / à — (10,! 3 10')'~ = 9,88 1О' Па. 21,3310 — а / Объемная доля СН, в равновесной смеси; гон, =Рсн, ! ОО/Р = 9,88.
1ОМ 100/(10, 13. 10а) =97,5 ~Го. 8.37. Смесь, содержащая молярные доли СО = 20 33 и Н,О (г) = 80 44, реагирует при температуре 930 К. Определить количество вещества в равновесной смеси, если известно, что константа равновесия реакции СО (г) + Н,О (г) = = СО, (г) + Н, (г) при температуре 930 К Кр — — !.
Выра. вить состав смеси в молярных долях. 8.38. Константа равновесия реакции 5Ь,,5, (т) + ЗН, (г) — — 25Ь (т) + ЗН,5 (г) К„== 0,429. Определить, какое количество вещества БЬ будет образовано и какое количество вещества Н, остапе~си к моменту равновесия, если в исходном состоянии имеются количества веществ Н, =- 1 кмоль и ВЬ,84 -== 1 кмоль. 8.39. Определить степень превращения СО в реакции СО (г) + '/,Ох (г):=- СО! (Г) 84 прн гсмперзтуре 2873 К для давления ! и !О гПа, если константа равновесия реакции при данной температуре Ке =- рсо,/(рсорЦ,') =5(/и Па). 8.40.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
