Расчетная работа

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Пермский национальный исследовательский

политехнический университет»

Березниковский филиал

Кафедра Химической технологии и экологии

Расчетная работа

по дисциплине «Физическая химия»

Выполнил: студент гр. ТМО – 16з

Иванов В. В.

Проверил: ст. преподаватель

Середкина О. Р.

Березники 2018

Задание: Определить ΔH, ΔU, ΔS, ΔG, ΔF реакции при постоянном давлении

Р = 1,013 ∙ 10⁵ Па, стандартной и заданной температуре Т = 550К.

BaO₍_кр₎ + H₂SO₄₍_ж₎ = BaSO₄₍_кр₎ + H₂O₍_г₎

Вещество	ΔH⁰_f_,₂₉₈, кДж/моль	ΔS⁰₂₉₈, Дж/моль ∙ К	ΔG⁰_f_,₂₉₈, кДж/моль	Коэффициенты уравнения С⁰_р = f (T)
Вещество	ΔH⁰_f_,₂₉₈, кДж/моль	ΔS⁰₂₉₈, Дж/моль ∙ К	ΔG⁰_f_,₂₉₈, кДж/моль	a	b ∙ 10³	cꞋ ∙10^-5
BaSO_4(кр)	-1458,58	132,21	-1348,43	141,42		-35,27
H₂O_(г)	-241,81	188,72	-228,61		10,71	0,33
BaO_(кр)	-553,54	70,29	-552,84	53,30	4,35	-8,28
H₂SO_4(ж)	-813,99	156,90	-690,14	156,90	28,30	-23,46

Определение теплового эффекта

Изобарный процесс

1. При Т = 298К

ΔH⁰_r_,₂₉₈ = ∑ (n ∙ ΔH⁰_r_,₂₉₈)_{продукта} - ∑ (n ∙ ΔH⁰_r_,₂₉₈)_{исходных}

ΔH⁰_r_,₂₉₈ = (-1458,88 + (-241,81)) – ((-553,54) + (-813,99)) = -333,16 кДж/моль.

Вывод: при изобарном процессе и при стандартных условиях процесс экзотермический.

2. При Т = 550К

Δa = (141,42 + 30) – (53,30 + 156,90) = -38,78

Δb = (0 + 10,71) – (4,35 + 28,30) = -21,94 ∙10^-3

Δс^Ꞌ = (-35,27 + 0,33) – (-8,28 + (-23,46)) = -3,2 ∙ 10⁵

ΔH_r_,₅₅₀ = ΔH⁰_r_,₂₉₈ + Δa ∙ (550-298) + ½ ∙ Δb ∙ (Т² – 298²) + Δс^Ꞌ ∙ ( - ) =

= -333, 16 ∙ 10³ + (-38,78) ∙ (550-298) + ½ ∙ (-21,94 ∙ 10^-3) ∙ (550² – 298²) + (3,2 ∙ 10⁵) ∙ ( - ) = -345 769,605 Дж/моль = -345,77 кДж/моль.

Вывод: при изобарном процессе и при Т = 550К энергия выделяется, процесс экзотермический.

Изохорный процесс

1. При Т = 298К

ΔU⁰_r_,298 = ΔH⁰_r_,₂₉₈ – Δn ∙ R ∙ T

ΔU⁰_r_,298 = -333,16 – 1 ∙ 8,314 ∙10^-3 ∙ 298 = -335,637 кДж/моль.

Вывод: при изохорном процессе и при стандартных условиях, внутренняя энергия не изменяется, процесс экзотермический, протекает с выделением тепла.

2. При Т = 550К

ΔU_r_,550 = ΔH_r_,₅₅₀ – Δn ∙ R ∙ T

ΔU_r_,550 = -345,77 – 1 ∙ 8, 314 ∙ 10^-3 ∙ 550 = -350,342 кДж/моль.

Вывод: при изохорном процессе и при Т = 550К тепловой эффект реакции увеличивается, реакция осталась экзотермической.

Определение направления протекания процесса

Изолированная система

1. При Т = 298К

ΔS⁰_r_,₂₉₈ = ∑ (n ∙ ΔS⁰_r_,₂₉₈)_{продукта} - ∑ (n ∙ ΔS⁰_r_,₂₉₈)_{исходных}

ΔS⁰_r_,₂₉₈ = (132,21 + 188,72) – (70,29 + 156,90) = 93,74 кДж/моль ∙ К .

Вывод: в изолированной системе при стандартных условиях изменение энтропии системы, процесс будет протекать самопроизвольно.

2. При Т = 550К

ΔS_r_,₅₅₀ = ΔS⁰_r_,₂₉₈ + Δa ∙ ln + Δb ∙ (Т – 298) + ½ ∙ Δс^Ꞌ ∙ ( - ) =

= 93,74 + (-38,78) ∙ ln + (-21,94 ∙ 10^-3) ∙ (550 – 298) + ½ ∙ (-3,2 ∙ 10⁵) ∙ ( - ) = 63,205 Дж/моль ∙ К.

Вывод: в изолированной системе при Т = 550К энтропия, процесс будет протекать самопроизвольно.

Закрытая система

Изобарно – изотермический процесс

1. При Т = 298К

ΔG⁰_r_,298 = ΔH⁰_r_,₂₉₈ – Т ∙ ΔS⁰_r_,₂₉₈

ΔG⁰_r_,298 = -333,16 – 298 ∙ 93,74 ∙ 10^-3 = -361,094 кДж/моль.

ΔG⁰_r_,298 = ∑ (n ∙ ΔG⁰_r_,₂₉₈)_{продукта} - ∑ (n ∙ ΔG⁰_r_,₂₉₈)_{исходных}

ΔG⁰_r_,298 = (-1348,43 + (-228,61)) – ((-525,84) + (-690,14)) = -361,06 кДж/моль

Вывод: в закрытой системе при стандартных условиях изобарно – термический процесс протекает самопроизвольно.

2. При Т = 550К

ΔG_r_,550 = ΔH_r_,₅₅₀ – Т ∙ ΔS_r_,₅₅₀

ΔG_r_,550 = -345,77 – 550 ∙ 63,205 ∙ 10^-3 = -380,532 кДж/моль.

Вывод: в закрытой системе при Т = 550 изобарно – изотермический процесс протекает самопроизвольно.

Изохорно – изотермический процесс

1. При Т = 298К

ΔF⁰_r_,298 = ΔU⁰_r_,₂₉₈ – Т ∙ ΔS⁰_r_,₂₉₈

ΔF⁰_r_,298 = -335,637 – 298 ∙ 93,74 ∙ 10^-3 = -363,571 кДж/моль.

ΔF⁰_r_,298 = ΔG⁰_r_,₂₉₈ – Δn ∙ R ∙ T

ΔF⁰_r_,298 = -361,06 – 1 ∙ 8,314 ∙ 10^-3 ∙ 298 = -363,537 кДж/моль.

Вывод: в закрытой системе изохорно – изотермический процесс протекает самопроизвольно.

2. При Т = 550К

ΔF_r_,550 = ΔU_r_,₅₅₀ – Т ∙ ΔS_r_,₅₅₀

ΔF_r_,550 = -350,342 – 550 ∙ 63,205 ∙ 10^-3 = -385,104 кДж/моль.

ΔF_r_,550 = ΔG_r_,₅₅₀ – Δn ∙ R ∙ T

ΔF_r_,550 = -380,532 – 1 ∙ 8,314 ∙ 10^-3 ∙ 550 = -385,104 кДж/моль.

Вывод: в закрытой системе при Т = 550К изохорно – изотермический процесс протекает самопроизвольно.

Результаты:

Температура, К	ΔH_r, кДж/моль	ΔU_r, кДж/моль	ΔS_r, Дж/моль	ΔG_r, кДж/моль	ΔF_r, кДж/моль
	-333,16	-335,637	93,74	-361,094	-363,571
	-345,77	-350,342	63,205	-380,532	-385,104

Вывод:В данном температурном интервале процесс является экзотермическим, как при постоянном давлении, так и при постоянном объеме. В изолированной и закрытой системе процесс протекает самопроизвольно.