Задача 3
Выразить зависимость теплового эффекта реакции от температуры, если известен тепловой эффект этой реакции при 298 К, и уравнение зависимости
Сρ
= f(Т).
Определить тепловой эффект реакции при
температуре Т.
Определить насколько при температуре
Т
отличается
от
.
Уравнения химических реакций по вариантам
приведены в табл. 3.
Таблица 3
Уравнения химических реакций для расчетов тепловых эффектов при заданной температуре
Вариант |
Уравнение реакции |
Т, К |
1 |
2Н2+СО=СН3ОН (г) |
500 |
2 |
4НСl+О2=2Н2О (г)+2Cl2 |
600 |
3 |
NH4Cl(т)=NH3+HC1 |
500 |
4 |
2N2+6H2О=4NH3+3О2 |
1200 |
5 |
4NO+6H2O (г)=4NH3+5О2 |
800 |
6 |
2NО2=2NO+О2 |
500 |
7 |
Mg (ОН)2=MgO+H2О |
400 |
8 |
CaCO3=CaO+CO2 |
700 |
9 |
N2О4=2NО2 |
400 |
10 |
Са(ОН)2=СаО+Н2О (г) |
350 |
11 |
½S2+2H2O (г)=SО2+2H2 |
900 |
12 |
½S2+2CО2=SО2+2CO |
800 |
Окончание табл. 3
13 |
2SО2+О2=2SО3 (г) |
600 |
14 |
SО2+Cl2= SО2Cl2(г) |
400 |
15 |
СО+ЗН2=СН4+Н2О (г) |
900 |
16 |
4CО+2SO2=S2 (г)+4CО2 |
700 |
17 |
CO+Cl2=COCl2 (г) |
400 |
18 |
CО2+H2=CO+H20 (г) |
900 |
19 |
СО2+4Н2=СН4+2Н2О (г) |
860 |
20 |
2СО2=2СО+О2 |
500 |
П р и м е р р е ш е н и я
Уравнение реакции: 2СН4(г) + СО2(г) = СН3СОСН3(г) + Н2О(г).
Реакция протекает при 500 К.
В основе решения – развернутое уравнение Кирхгофа (8):
.
Для
определения
и
надо знать зависимость
для каждого из исходных веществ и
продуктов реакции:
или
.
Для нахождения постоянной интегрирования надо знать тепловой эффект реакции при температуре 298:
.
Порядок расчета
1. Данные из справочных таблиц (табл. П1, П2) заносим в табл.4.
Таблица 4
Термохимические величины веществ
-
Вещество
, кДж/моль
10-5
106Дж/(моль·К)
Н2О (г)
-241,84
30,00
10,71
0,33
-
СН3СОСН3 (г)
-216,40
22,47
201,80
-
-63,50
СО2 (г)
-393,51
44,14
9,04
-8,53
-
СН4 (г)
-74,85
17,45
60,46
-
-1,117
2. Находим тепловой эффект реакции при Т = 298 К.
=
(Н2О)
+
(СН3СОСН3)
-
(СО2)
- 2
(СН4)
=
= (-241,84 – 216,40 + 393,51 + 2 ·74,85) = 84,97 кДж/моль.
3.
Находим
в общем виде.
.
Принимаем
Т
= 0.
.
4. Находим и .
(30,00
+ 22,47 – 44,14 – 2·17,45) = - 26,57 Дж/моль·К.
1/2(10,71
= 201,80 – 9,04 – 2·60,46) 10-3
=
= 41,28 ·10-3 Дж/моль ·К.
1/3(-63,50
+ 2 ·1,117) ·10-6
= -20,42 ·10-6
Дж/моль ·К.
(0,33
+ 8,53) ·105
= 8,86 ·105
Дж/моль ·К.
5.
Вычисляем
=
84970 + 26,57 ·298
– 41,28·10-3·2982
+ 20,42·10-6
·2983+
8,86 ·105/298
=
= 92735,87 Дж/моль.
6. Находим теоретическую зависимость теплового эффекта реакции от температуры
=
92735,87 – 26,57·Т
+ 41,28·10-3 ·Т2
– 20,42· 10-6
·Т3
– 8,86 ·105/Т.
7. Определим тепловой эффект при Т = 500 К.
=
92735,87 – 26,57·500 + 41,28 ·10-3
·
5002
– 20,42 ·10-6 ·
5003
-
- 8,86 ·105/500 = 85446,37 Дж/моль.
8.
Определим насколько при температуре
Т
отличается
от
.
=
8,314 · 103
·500 = 4157·103
Дж/моль,
где
- число моль продуктов реакции минус
число моль исходных веществ в газообразном
состоянии;
= 2 – 3 = 1 моль.