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: 184

Скачиваний: 0

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

де

Lrl

— теплота фазового

переходу

речовини

при температурі 7\;

LT,

— теплота фазового переходу речовини при температурі Г2 ; С£ —

ізобарна теплоємність

фази

а;

Ср — ізобарна

теплоємність

фази р\

 

Задача. Визначити

теплоту утворення оксиду цинку з простих ре­

човин

при 500 К і

сталому тиску, якщо

теплота

утворення

оксиду

цинку в стандартних

умовах дорівнює 348,3 МДж • кмоль - 1 , а тепло­

ємності цинку, кисню і оксиду

цинку

визначаються рівняннями:

 

 

 

 

Ср" =

22,4 • 103

+ 10.05Г;

 

 

 

 

С°! = 34,62 • 103 +

1,087і — 7,859 •

108Т~2;

 

 

 

Ср"° =

49,03-

Ю9 + 5,ПТ~9,13

 

• 108 7~2 .

 

 

Р о з в ' я з а н н я .

Реакція

утворення

оксиду

цинку протікає за

рівнянням

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zn +

^ - 0 2

= ZnO.

 

 

 

 

Зміна теплоємності системи в реакції дорівнюватиме

 

ДСр = С ^ ° — Cf 1

 

і- С°2 = 49,03 • 103 +5,117- — 9,13 • Ю Т " 2 —

—

22,4

• 103 — \0,05Т

 

— ~

(34,62 • 10а +

1,087 — 7,859 • Ю Т " 2 ) =

= 9,32 • 103 —5,487-— 5,201 • 108 Г~2 .

Залежність теплового ефекту реакції від температури знайдемо за рівнянням

-^f- = — ДСр = — 9,32 • 103 + 5,487- + 5,201 • 1087~-2,

інтегруючи яке, дістанемо

Qp = — 9,32- Ю^ + ^—Т2 — 5,201 • Ю Т - 1 + В.

Знаючи теплоту утворення оксиду цинку при стандартній темпе­ ратурі 298 К, знаходимо сталу інтегрування В:

348,3 • 10е = — 9,32 • 108 • 298 + • 2982 —5,201 • 108 • 298 - 1 +В. Звідси стала інтегрування

В = 348,3- 106 + 2,777 • 10е —0,243 • 10 6 + 1,745 • 106 =352,579 • 10е.

Отже, залежність теплоти утворення оксиду цинку від температури можна знайти за рівнянням

QP = Qy T B = 352,579 • 106 — 9,32 • ІОРТ + 2,74 • ТГ — 5,201 • Ю Т - 1 . Теплота утворення оксиду цинку при 500 К

QyTB = 352,579 • 10е — 9,32 • 103 • 500 + 2,74 • 5002 — 5,201 • 108 х X 500- 1 = 352,579 • 10е — 4,66 • 106 + 0,685 • 106 — 1,04 • 106 = = 347,564 МДж • кмоль-1 .

Задача. При 2023 К теплота випаровування свинцю—177,9 МДж х X катом-1 . Визначити теплоту випаровування свинцю при 2500 К, якщо атомні теплоємності рідкого і газоподібного свинцю можна ви­ значити за рівняннями:

С£і д - = 32,45 • 103 — 3.056Г; Ср =20,81 • 103.

Р о з в ' я з а н н я . Залежність теплоти випаровування свинцю від температури визначається рівнянням Кірхгофа:

 

Звідси теплота випаровування свинцю при температурі 2500 К:

 

 

 

 

 

2500

 

 

 

+ 3.056Г) dT =

 

LB„n.25oo =

LB„n.2023 -

[ (20,81 - 103

— 32,45 • 103

 

 

 

 

2500

2023

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— 177,9-

 

 

=

— 177,9-

103 —

\

(— 11,64-

103 +

3,056T)dr =

106

+

 

 

 

 

2023

 

 

 

 

 

 

+

11,64103

(2500 — 2023)— - ^ - ( 2 5 0 0 2 — 20232) = — 177,9-

106

+

 

+

11,64, • 103 • 477— 1,528 (25002

— 20232) = — 177,9 • 10е

+

 

 

 

+ 5,522 • 10е — 3,3 • 103

=

— 175,648 МДж • катом-'.

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачі

 

 

 

 

 

27.

Знайти залежність АСр

від температури для реакції

 

 

 

 

 

 

 

СаО + С 0 2 = СаС03

 

 

 

за такими даними:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сра ° =

41,86103

+

20,267і — 4,52 • 108 Г~2 ;

 

 

 

 

 

С£ 0 ' =

32,24 • 103

+

22,27 — 3,48 • 10 _ 3 Г 2 ;

 

 

 

 

с сасо, =

Ю 4

2 1 _1 0 з +

21,94 - Т — 25,96 • 108Т~2.

 

 

 

Відповідь:

АСР = 30,11 • 103 — 20.52Г -+- 3,48 • Ю - 3 Г 2 — 21,44

х

X10е Т~2.

28.Знайти рівняння залежності теплового ефекту Qp від темпера­ тури для реакції

С 0 2 + С (гр.) = 2СО

за такими даними:

Qyra = 393,8 МДж • кмоль-1 ; Qy?B = 1 Ю,6 МДж • кмоль-1 ;

С£° = 32,24 • 103 + 22,27і — 3,48 • Ю~3Т^;

Срр = 17,15 • 103 + 4,27г —8,79 • 108 r~2 ;

Cf = 27,634 • 10s + 5,07\

Відповідь: Qp = — 174,478 • 106 — 5,878 • 103 7 + 8,235г2 —

— 1,16 • 1(Г 3 Г 3 + 8,79 • 108 Г~'.

29. Визначити тепловий ефект реакції

Fe3 04 + 4СО = 3Fe + 4С0 2

при 1000 К, якщо для цієї реакції залежність теплового ефекту від тем­ ператури визначається рівнянням

Qpj = 17,722 • 10е — 8,924 • 103 Г — 75,6057а + 4,64 • І О ^ Г 3 + + 6,99 • 1 0 8 Г Л

Відповідь: — 61,498 МДж.

30. Визначити теплоту випаровування води при 373 К, якщо при 298 К вона дорівнює —40,905 МДж • кмоль-'. Теплоємності водяної пари і води визначаються рівняннями

Ср = 30,0 • 103 + 10.71Г + 0,33 • 108 7~2 ;

СРРІД- = 75,49 • 103. Відповідь: —37,784 МДж.

31. Визначити тепловий ефект реакції

МпО + Н 2 = Мп + Н 2 0 + Qx

при 800 К. Теплоти утворення МпО і Н 2 0 в стандартних умовах відпо­

відно

дорівнюють

385,2

і 242,1

МДж • кмоль - 1 . Теплоємності Мп,

Н 2 0 ,

Н 2 , МпО визначаються

рівняннями:

 

Срп = 23,86 • 103

+

14,157 — 1,549 • 108 Г~2 ;

 

с м п о =

4 б ) 5 2

т ш , +

8 ) 1 2 Г

— 3,68 • 10 8 Г - 2 ;

 

 

Cf

= 27,72

• 103

+ 3.39Г;

Ср! ° = 30,00 • 103 + 10,717 + 0,33 • 108 Г~2 . Відповідь: —137,07 МДж.

32. Теплоти утворення FeO, CO і С 0 2 відповідно дорівнюють 266,7; 110,6 і 393,78 МДж • кмоль - 1 в стандартних умовах.

Визначити кількість теплоти, яка виділиться при відновленні 100 кг

оксиду заліза (II) за рівнянням

*

 

FeO -f- CO = Fe + С0 2 ,

виходячи з таких

даних:

 

температура 1200 К;

 

Срр*=

14,11 • 1 0 3 + 29,73. Г + 1,8- 108 Г-2 ;

27

Сре° = 52,80 • 103 - f 6,247і — 3,19 • 108 Г~2 ; Ср°2 = 32,24 • 103 + 22,27і — 3,48 - Ю^Т2; С$° = 27,634 • 103 + 5,07і.

Відповідь: 20,432 МДж.

33. Визначити, яка кількість теплоти виділяється при спалюванні

160,43 кг метану за рівнянням

СН4 + 20 2 = С 0 2 + 2Н2 0(п.),

якщо спалювання відбувається при 1000 К.

Потрібні для розв'язування задачі дані взяти з табл. 1 і 2 додатку. Відповідь: 8067,94 МДж.

34. Вивести рівняння залежності теплового ефекту від температури

для реакції

 

 

 

 

 

2С(гр.) + Н 2 =

С2 Н2 .

Потрібні

для розв'язування задачі дані взяти з табл. 1 і 2 додатку.

Відповідь:

QPiT = — 232,485 • 106

+ 11,23 • 103 Г — 2,0757* +

+7,28 • 108 Т~1.

35.Визначити кількість теплоти, яка потрібна для розкладу 100,088 кг вапняку при температурі 1200 К, за рівнянням

СаС03 = СаО + С0 2 .

Потрібні для розв'язування задачі дані взяти з табл. 1 і 2 додатку. Відповідь: —168,755 МДж.

36. (багатоваріантна задача).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц я

З

 

 

Рівняння реакції

 

T, к

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

Рівняння реакції

т. к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

СаС03

=

СаО + С 0 2

 

 

1200

14

СаО +

SiO, =

CaSiOs

1500

MgC03 =

 

MgO + С 0 2

 

1000

15

4FeS +

702

=

2Fe2 03 + 4S02

800

Н 2 0 +

С(гр.) = СО +

Н 2

1000

16

Fe 2 0 3

+

2A1 =

A12 03 + 2Fe

1000

Ш 2

+ Н 2

= CO + Н 2

0

1300

17

Mn +

FeO = MnO + Fe

1700

CO +

зн2

= сн 4 +

Н 2 0

900

18

Si +

2FeO =

2Fe + Si02

1800

С 0 2

+

4Н 2 = СН 4 +

2 Н 2 0

800

19

C 0 2 +

С (гр.) = 2CO

1300

СН4

+ С 0 2

= 2СО + 2На

700

20

2H2 0 = 2H2 +

0 2

2000

Са (ОН)2

=

СаО + Н 2

0

1400

21

Mg (OH), +

C 0 2 =

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= MgC03 +

H 2 0 (рід.)

 

2СО + 0 2

=

2СОг

 

 

800

22

Ca (OH)2

+ C 0 3 =

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= CaC03

+

H 2 0 (рід.)

 

3Fe + 4 Н 2 0 = F e 3 0 4

+ 4Н 2

1000

23

SnO +

H 2 = Sn + H 2 0

400

FeO + CO = Fe + С 0 2

1300

24

SnOa

+

2H2

=

Sn +2H 2 0

450

2 C O + S 0 2 = i s 2 ( r . ) + 2C02

900

25

ZnO +

CO = Zn + C 0 2

650

Fe 2 0 3

+

CO = 2FeO + C 0 2

1500

26

C H 4 +

202 =

2H2 0 + C 0 2

400

1. Обчислити^ізобарний тепловий ефект реакції при температурі

298 К.

2. Знайти рівняння залежності АСр системи від температури.

3.Розрахувати АСр системи при стандартній температурі і при тем­ пературі Т.

4.Подати рівнянням залежність теплового ефекту реакції від тем­ ператури.

5.

Обчислити тепловий ефект реакції при температурі Т.

6.

Визначити, як Qp відрізняється від Qv при температурі Т.

7. Визначити кількість теплоти, яка поглинається або виділяється під час утворення 1 кг будь-якого продукту реакції при температурі Т. Потрібні для розв'язування задачі дані взяти з табл. 1 і 2 додатку.

II. ДРУГИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ

ЕНТРОПІЯ

З другого закону термодинаміки випливає, що теплоту неможливо повністю перетворити в роботу. Для характеристики ступеня необо­ ротності таких процесів призначена ентропія.

Ентропія — це зведена теплота:

dS=-%-,

(11,1)

де 8<7 — нескінченно мала кількість теплоти, надана системі.

При оборотному ізотермічному процесі перехід речовини або енер­ гії від однієї частини системи до іншої супроводиться зміною ентро­

пії, що можна записати

рівнянням

 

 

AS = - f ,

(11,2)

де AS — зміна ентропії

системи; q — теплота, поглинута

системою;

Т — температура.

 

 

Ентропія адіабатичного процесу визначається рівнянням

dS > 0,

 

(11,3)

де знак = стосується оборотного процесу і рівноваги;

з н а к > стосує­

ться необоротного процесу.

 

 

З цього співвідношення випливає, що в ізольованих

системах ент­

ропія зберігає стале значення (dS = 0), якщо в системі

відбуваються

тільки оборотні процеси, і зростає (dS >

0) при всякому

необоротному

процесі.

 

 

При ізотермічному переході речовини з однієї фази в іншу ентропія

змінюється за рівнянням

 

 

AS = S p - S a =

- Ь р Ч

(И.4)

Смотрите также файлы