Файл: ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.06.2024

Просмотров: 182

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

15. В який бік зміститься

рівновага

при

підвищенні температури

для таких реакцій:

 

 

 

 

 

 

 

FeO +

CO

Fe +

С 0 2 +

16,5 МДж;

СН4 + 20

2

С 0 2

+ 2

Н 2 0 (п.) +

802,9 МДж;

Н 2 +

-L

0 2

Н 2 0

(рід.) + 286 МДж;

РЬО

 

РЬ +

- і - 0 2

— 219,4

МДж;

СаС03 =ї± СаО + С 0 2

— 178,6

МДж?

16. В який бік зміщується рівновага при збільшенні парціального тиску вуглекислого газу для таких реакцій:

СН4 + ЗС0 2 4С0 +

2Н 2 0;

СО + Н 2 0 (п.)«>С02

+ Н2 ;

С0 + 402 ^С02 ;

СаО +

С 0 2 +± СаС03 ;

Са (ОН)2 + С 0 2

СаС03 + Н 2 0 (п.)?

17. Оксид заліза (II) відновлюють коксом або оксидом вуглецю (II): FeO + СО ч± Fe + C02 + 16,5 МДж;

FeO + С ч* CO + Fe — 156,1 МДж.

В який бік зміститься рівновага при збільшенні тиску і підвищенні температури?

18. Як впливає зміна концентрації вихідних речовин і температури на збільшення виходу водню для реакції

CO + Н 2 0 (п.) ч* С 0 2 + Н 2 + 41,2 МДж? 19. При 1000 К протікає реакція

С + Н 2 0 (п.)=**СО + Н 2 — 131,4 МДж.

В який бік зміститься рівновага при зміні концентрації реагуючих речовин, температури і тиску?

РІВНЯННЯ ІЗОТЕРМИ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ

Для реакції

аА + bB^cC + dD,

що протікає при сталій температурі і сталому тиску, залежність ізо­ барного потенціалу від складу реагуючих речовин визначається рів­ нянням ізотерми хімічної реакції:

AZ = RT (in - 4 ^ 4 - - In Кр) ,

(III, 13)

\

PA РВ

)

Де РА-> РВ' РС1 PD — парціальні

тиски початкових

і кінцевих газів

у нерівноважних умовах,

Па; a,

b, с, d — число кіломолів газів, що

реагують за рівнянням;

КР — константа

рівноваги,

визначена через

рівноважні парціальні тиски реагуючих газів (111,5).

 

Максимальна корисна робота реакції дорівнює:

 

 

Л т а х = AZ = RT[\nKp-\n

РІРІ

У

(111,14)

 

 

V

РАРВ

і

 

Якщо реакція протікає при сталому

об'ємі і сталій

температурі,

то залежність ізохорного потенціалу від складу системи

визначається

рівнянням ізотерми реакції:

 

 

 

 

A F = R T (1п ~^?г_

1пК с )'

 

(ІП'15)

де СА, Св, Сс, CD — концентрація початкових і кінцевих речовин у нерівноважних умовах, кмоль • м3 ; Кс — константа рівноваги, ви­ значена через рівноважні концентрації реагуючих речовин (111,4).

Максимальна робота реакції в цих умовах дорівнюватиме:

 

Л т а х

= -

AF = RT І In Кс -

In CJ?Jb ) .

(111,16)

Знак мінус перед AZ і AF показує можливість протікання хімічної

реакції в бік утворення

кінцевих речовин; знак

плюс — можливість

протікання

реакції в бік утворення початкових

речовин.

Якщо AZ

і AF дорівнюють

нулю, то система перебуває в рівновазі.

 

Значення AZ і AF визначають величину

хімічної спорідненості ре­

агуючих речовин, тобто здатність їх вступати в хімічну

взаємодію

між собою.

 

 

 

 

 

 

 

 

Здатності різних хімічних

реакцій

до самодовільного

протікання

зіставляють при стандартних

умовах

вихідної суміші. Стандартними

вважають

умови,

коли

концентрація

кожного

компонента вихідної

суміші дорівнює

1 кмоль • м3 :

 

 

 

 

 

СА = Св = С'с = CD =

1 кмоль • м - 3 ,

(Ш, 17)

або парціальний тиск кожного компонента дорівнює 1,01325 • 105 Па:

рА = Р в

= Р с = P D

= 1,01325 • 105 Па.

(111,18)

У цьому випадку

рівняння

ізотерми хімічної реакції

(111,13) і

(111,15) матимуть вигляд:

 

 

 

AF°T= -RTlnKc,

(Ш, 19)

AZ% = AnRT In 1,01325 • 105 — RT In Kp,

(HI.20)

де An — зміна числа кіломолів газів системи в результаті

протікання

реакції.

 

 

 

Зміна числа кіломолів газової системи дорівнює

 

 

An = c + d — а — Ь.

(Ш,21)

Підставивши числові значення р і In 1,01325 • 105 у рівняння (111,20), дістанемо

 

AZ°T = 9,585 • 104 АпТ — RT In Кр.

(111,22)

Задача. Визначити

хімічну спорідненість

і напрям реакції

 

 

СО + Н 2 0 = ^ С 0 2 + Н 2

 

 

при 1000 і 1200 К, якщо константи рівноваги КР

при цих температурах

відповідно дорівнюють 1,39 і 0,71.

 

 

 

Р о з в ' я з а н н я .

При 1000 К

хімічну

спорідненість

реакції

знайдемо за

рівнянням

 

 

 

 

AZ?0 0 0

= — RT In Кр

= 8,314 • 103 • 1000 • 2,303 lg 1,39 =

 

 

 

=

— 2,738 МДж.

 

 

Реакція

протікає

самодовільно в

бік утворення кінцевих

газів,

С 0 2 і Н 2 , оскільки AZ?ooo — величина

від'ємна.

 

При 1200 К хімічнахпорідненість

реакції дорівнює

 

AZ?2 0 0 = — І?Г In/Ср = 8,314103 . 1200 • 2,303 lg 0,71 = 3,417 МДж.

Реакція протікає в бік утворення вихідних речовин CO і Н 2 0 ,

оскільки AZ?2oo — величина додатна.

Задача. Хімічна спорідненість заліза до кисню за реакцією

2Fe + 0 2

2FeO

 

при 1000 К дорівнює—393,295 МДж • кмоль - 1 .

 

Визначити тиск (пружність) дисоціації оксиду заліза

(II) при цій

температурі.

 

 

 

Р о з в ' я з а н н я . Константа

реакції окислення заліза дорівнює

К.

 

1

 

 

 

 

Хімічна спорідненість заліза

до

кисню визначається

рівнянням

AZ°T = 9,585 • 10і АпТ — RT In Кр,

або

AZ°T = 9,585 • 104 АпТ + RT InР О г ,

звідки

 

AZj- — 9,585 • 10іАпТ

 

g Р о * =

2,303#Г

•

Для цієї реакції

 

 

 

An — п0г = — 1 •

 

Отже, рівноважний парціальний тиск кисню можна знайти, під­ ставивши значення величин An, AZ°, R і Т в рівняння

,

—393,295 • 10е —9,585 • 10* (— 1) • 1000

1 С с .

ТБ лс

]&Р°' =

2,303 • 8,317 • юз . юоо

= - 15,54 =

16,46,

звідки знаходимо, що

Рог = 2,88 • 1(П1 6 Па.

Рівноважний парціальний тиск кисню є тиском (пружністю) дисоці­ ації оксиду заліза (II). Отже, тиск дисоціації оксиду заліза (II) дорів­ нює 2,88 • 1(Г1 6 Па.

При 1000 К відбуватиметься окислення заліза на повітрі, оскільки

тиск дисоціації оксиду заліза (II) менший від парціального тиску

кис­

ню повітря

(0,213 • 105

Па).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача.

Визначити, чи можливе при стандартній

температурі

(298

К) протікання такої

реакції:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЬО + Н 2 +±РЬ + Н 2 0 (п.),

 

 

 

 

 

коли

відомо, що при цій температурі ізобарні

потенціали утворення

водяної пари і оксиду свинцю

(II) відповідно

дорівнюють —228,8 і

—189,7 МДж • кмоль-1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р о з в ' я з а н н я .

Хімічна

спорідненість

реакції дорівнює

 

AZ°29S =

Д2&в.Н і о -

Д2298,РЬО = -

228,8 • 106 -

( -

189,7 • 10е) =

 

 

 

 

 

 

 

= — 39,1 МДж.

 

 

 

 

 

 

Реакція

може протікати в бік утворення

кінцевих

речовин

РЬ і

Н 2 0

(п.). Вихід продуктів реакції буде мізерно малий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачі

 

 

 

 

 

 

20.

Константа

рівноваги реакції

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н 2

+

І 2 ^ 2 Н І

 

 

 

 

 

 

при

700 К

дорівнює

50.

Чи

утворюватиметься

йодоводень

у

газо­

вій суміші, що складається з Н 2 , І 2

і НІ, коли парціальні тиски цих

газів матимуть такі значення:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) р'н, =

2,0 • 105

Па;

ри

=

5,0 • 105 Па;

р ш

= 1,0 • 10е

Па?

2)

р н , =

1,0 • 105 Па;

р,г

=

0,1 • 105 Па;

р ш

=

5,0 • 105

Па?

3)

р Н г =

1,0 • 105

Па;

р{2

=

2,0 • 105 Па;

р ш

=

1,0 • 106

Па?

Відповідь: МІ

= —9,37 МДж; AZ2 = 9,37 МДж; AZ3

= 0.

 

 

21.

Константа

рівноваги реакції

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СО + Н 2 О ^ С 0 2 + Н 2

 

 

 

 

 

 

при 800 К дорівнює 4,12. В який бік піде реакція в суміші, склад

якої

(у мол. %) СО — 10;

Н 2 0 — 20; С 0 2 — 40; Н 2 — ЗО?

 

 

 

 

Відповідь: 2,5 МДж.

22. Визначити хімічну спорідненість оксиду кальцію до вуглекис­ лого газу, який перебуває під тиском 1,01325 • 105 Па при 1130 К, якщо

тиск (пружність) дисоціації CaCOg при цій температурі дорівнює 0,56 • 105 Па.

Відповідь: —5,569 МДж.

23.Визначити хімічну спорідненість заліза до кисню повітря (ро, =

=0,212 • 105 Па) при 1000 К, якщо константа рівноваги реакції

2Fe + 02 =^2FeO

при цій температурі дорівнює 3,39 • 1018 П а - 1 .

Відповідь: — 380,2 МДж.

24. Визначити хімічну спорідненість водню до кисню при 1000 К, коли відомо, що ступінь дисоціації водяної пари за рівнянням

2 Н 2 0 * * 2 Н 2 4 - 0 2 при цій температурі і тиску 1,01325 • 106 Па дорівнює 2,44 • 10- 7 -

Відповідь: 385,6 МДж.

25. Визначити максимальну і максимально корисну роботу ре­ акції

2 Н 2 + 0 2 ^ 2 Н 2 0

при 1000 К, якщо при цій температурі константа рівноваги реакції Кр дорівнює 1,359 • 101 5 П а - 1 .

Відповідь: 422,2 і 385,6 МДж.

26. Визначити хімічну спорідненість міді до кисню при 773 К, як­ що константа рівноваги реакції при цій температурі дорівнює 1,01325 X

XЮ - 1 0 Па - 1 .

Відповідь: 73,87 МДж.

27. Визначити

тиск (пружність) дисоціації оксиду кремнію (IV)

при 1000 К, якщо

хімічна спорідненість кремнію до кисню при цій

температурі дорівнює —771,79 МДж. Відповідь: 5,01 • 10"3 6 Па.

28. Визначити хімічну спорідненість для реакції 2СО + 0 2 ^ 2 С 0 2

при 2000 К, якщо ступінь дисоціації вуглекислого газу при цій тем­ пературі і тиску 1,01325 • 106 Па дорівнює 7,0 • 10_ 3 .

Відповідь: —220,81 МДж.

29. Визначити хімічну спорідненість олова до кисню повітря (р = = 0,212 • 106 Па) для реакцій утворення оксиду олова SnO і діоксиду

олова Sn02

при 298 К, якщо тиски (пружності) дисоціації цих оксидів

при

такій

температурі відповідно дорівнюють 9,03 • 10 - 1 2 Па і

2,81

• 10-1 1

Па.

Відповідь: —87,71 МДж; —84,92 МДж.

Смотрите также файлы