Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Решение. Представим, что разложение аммиака от исходного состояния к равновесному описывается необратимой реакцией.






I способ (“химический”)

Представим, что разложение аммиака от исходного состояния к равновесному описывается необратимой реакцией.

2NH3 ® N2 + 3H2

Эта реакция замораживается, как только мы приходим к условиям, отвечающим равновесию.

С точки зрения описания количеств веществ (и только!) такой подход представляется вполне корректным. Тогда для получения исходного состояния эту реакцию надо провести в обратном направлении. Мысленно проведем реакцию синтеза аммиака из имеющихся в системе молекулярных форм азота и водорода в предположении необратимости этой реакции:

N2 + 3H2 ®2NH3 (*)

Если выполняется условие

3nN2>nH2, то в избытке находится азот (n – число молей компонента).

Если

3nN2<nH2, то в избытке находится водород.

Количества моль находим из данных концентраций и объема.

niÛ = СiÛ×V ; nN2Û = 0,02 моль; nH2Û= 0,04 моль, nNH3Û = 0,06 моль.

Итак, азот в избытке. Расчет ведем по водороду.

nNH3из N2и H2 = 2/3× nH2Û; если это к-во моль NH3 сложить с равновесным к-вом этого же компонента, то получится такое к-во, которое соответствует начальным условиям, которые надо взять для получения равновесной смеси..

nNH3(исх) = nNH3Û + nNH3из N2и H2 ; nNH3(исх) = 0,06 + 2/3×0,04 = 0,08667 моль.

В нашей мысленной реакции водород израсходуется полностью и в исходной смеси его не будет. А вот азот останется в избытке:

nN2(исх) = nN2Û nN2вступивш. в реакцию с H2 = 0,02 – 0,04×1/3 = 0,00667 моль.

Проверка может быть основана том факте, что количество моль атомарного водорода и атомарного азота в исходной и равновесной системах должны совпадать.

Исходная система:

nN = 2 nN2(исх) + nNH3(исх); nN = 0,0133 + 0,0867 = 0,1 моль;

nH = 2 nH2(исх) + 3×nNH3(исх) nH = 0 + 0,086(6)×3 = 0,26 моль.

Равновесная система:

nN = nNH3Û+2nN2Û = 0,06 +0,02×2= 0,1 моль;

nH = 3×nNH3Û+2×nH2Û = 0,06×3 + 0,04×2 = 0,18 + 0,08 = 0,26 моль

II способ (“физический”)

Этот способ связан с идеей проверки: находим количество моль атомарного азота и водорода в нашей закрытой системе. При нахождении количества моль атомов не имеет значения, равновесна система, или нет.

Число моль молекулярного азота в системе обозначим за x, молекулярного водорода – за y и аммиака – за z.

Тогда можно составить следующую систему уравнений:

.

Напомним, что x, y и z – неизвестные, nH и nN мы нашли исходя из данных о количествах равновесных компонентов в равновесной смеси. В нашем случае – см. проверку в части “равновесная система”.

.

Эта система имеет бесконечное множество решений (система недоопределена). Но по условию задачи, мы можем взять в качестве исходных веществ только пару двух веществ

‑ пару аммиак и водород или же,

‑ пару аммиак и азот.

В первом случае решение системы для x = 0 (исходный азот отсутствует) даст z = +0,1 моль; y = ‑0.02 моль, что в конкретных условиях невозможно, т.к. число моль не может быть отрицательным;

для второго случая при y = 0 (исходный водород отсутствует) получаем: z = +0,08667 моль, x = +0,00667 моль, что совпадает с ответом решения по первому способу.

Примечание 1. В данной формулировке задачи присутствие аммиака было объявлено обязательным. Но, в общем случае, в качестве исходных веществ можно также взять пару азот и водород. Тогда решение этой задачи для этой пары в точности совпадет с ответом той задачи, которую требовалось решить в задаче №6 теста. Поскольку в этом случае аммиака исходно не было, z = 0, тогда x = 0,05 моль, y = 0,13 моль.

Примечание 2. В научной литературе в словосочетаниях “количество моль атомарного азота (водорода)” слова “моль” отбрасывают. Получается: “количество атомарного азота (водорода)”. Смысл же остается прежним. Аналогично, когда говорят о количестве вещества (например, “количество белого фосфора равно…”), имеют в виду количество моль данного компонента (здесь P4).


3-2. Стандартная энтальпия реакции
СаСO3(тв) = СаО(тв) + СO2(г),
протекающей в открытом сосуде при температуре 1000 К. равна 169 кДж/моль. Чему равна теплота этой реакции, протекающей при той же температуре, но в закрытом сосуде?

Решение

Когда объем замкнутый, то вся теплота идет на изменение внутренней энергии системы: в данном случае это будет DrU°(1000 K). Если систему открыть, то выделившийся при разложении CaCO3 углекислый газ, расширяясь, совершит работу.[1] Для поддержания требуемой температуры потребуется дополнительное количество теплоты: известно, что газ при расширении без теплопередачи (адиабатическое расширение) охлаждается. Теплота, требующаяся при необратимом разложении CaCO3 при постоянном давлении, соответствует изменению энтальпии: это DrH°(1000 K).

DrH°(1000 K) = DrU°(1000 K) + pDV. (1)

Далее вводим такое упрощение: считаем, что объем выделяющегося газа намного больше объема исходного твердого карбоната кальция. Тогда уравнение (1) можно переписать так.

DrU°(1000 K) » DrH°(1000 K) ‑ p×Vгаза. (2)

Расчет ведется на 1 моль вещества. Тогда p×Vгаза = RT. Окончательно получаем (3).

DrU°(1000 K) » DrH°(1000 K) – RT. (3)

При расчете надо не забыть, что величина DrH°(1000 K) дается в кДж, а (1моль×RT) – в Дж. Окончательно получаем:

DrU°(1000 K) » (169000 – 8,314×1000)/1000 = 169 – 8,314 » 160,7 кДж/моль.

 

3-3. Рассчитайте стандартную внутреннюю энергию образования жидкого бензола при 298 К. если стандартная энтальпия его образования равна 49.0 кДж/моль.

Решение этой задачи аналогично по идее предыдущей задаче. Делаем такое же допущение: DV в ходе реакции

6Cтв. + 3H2газ ® C6H6жидк..

определяется объемом поглотившегося газообразного водорода, в сравнении с которым изменение объема при исчезновении 6 моль графита и появлении 1 моль жидкого бензола оказывается несущественным. При этом знак DV будет отрицательным (водород поглощается)!

DrU°(1000 K) » [49000 – (‑3×8,314×298)]/1000 = 49 + 7,43 = 56,43 кДж/моль.

 

Задача 3-5. Энтальпии сгорания a-глюкозы, b-фруктозы и сахарозы при 25 °С равны -2802, -2810 и -5644 кДж/моль соответственно. Рассчитайте энтальпию гидролиза сахарозы (Формулировка задачи взята из сборника задач для студентов х/ф МГУ).

Решение: строим цикл

С12H22O11 (сахароза) + H2O(жидк) ® C6H12O6 (глюкоза) + C6H12O6 (фруктоза)

(DrHx; гидролиз сахарозы)

ß DrH3; (сгорание сахарозы)

С12H22O11 + 12 O2 (газ) ® 12 CO2 (газ) + 11H2O(жидк)

ß ‑DrH1 (реакция, обратная сгоранию глюкозы)

6 CO2(газ) + 6H2O(жидк) ® C6H12O6 (глюкоза) + 6 O2(газ)

ß ‑DrH2 (реакция, обратная сгоранию фруктозы)

6 CO2(газ) + 6H2O(жидк) ® C6H12O6 (фруктоза) + 6 O2(газ)

(последняя реакция означает получение тех же продуктов, что и в прямой реакции гидролиза с возвращением в систему 12 моль кислорода).

DrHx = DrH3 – DrH1 – DrH2; ответ: DrHx = –32 кДж/моль.

А теперь у меня вопрос: ‑ Как сформулировать условие этой задачи максимально корректно ?

Задача 3-11. Энергия связи в молекуле Н2 равна 432.1 кДж/моль, а энергия связи в молекуле N2 равна 945.3 кДж/моль. Какова энтальпия атомизации аммиака, если энтальпия образования аммиака равна ‑46.2 кДж/моль?

Решение: энергией связи здесь можно считать теплоту, выделяющуюся при образовании молекулы водорода в изобарических условиях или же это взятая с обратным знаком энтальпия синтеза молекулярного вещества из атомарного (в расчете на 1 моль молекулярной формы).

Составим цикл для реакции синтеза аммиака из атомных радикалов:

3H·(газ) + N·(газ) ® NH3(газ) (*)

¯‑3/2×DrH1

3/2 H2(газ); N·(газ) ® ½N2(газ) (‑½×DrH2); 3/2 H2(газ) + ½N2(газ) ® NH3(газ) (DrH3)

(последнее превращение означает получение продуктов прямой реакции)

DrHx = 3/2×DrH1 – ½×DrH2 + DrH3;

DrHx = ‑3/2×432,1 ‑ ½×945,3 ‑ 46,2 = ‑1167 кДж/моль.

Энтальпия атомизации аммиака противоположна реакции (*) и отличается от найденной величины только знаком. Ответ: +1167 кДж/моль

 

 


[1] Важно, что CaCO3 даже при разложении с неизменным объемом исходно был взят при стандартном (атмосферном по соглашению) давлении. Поэтому разложение любого количества мела и при любых объемах системы в условиях V = const приведет к давлению выше атмосферного. Заметим также, что символ «°» при DrU° и при DrH° означает стандартное, ‑ т.е. атмосферное по соглашению – давление.







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 8394. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Измерение следующих дефектов: ползун, выщербина, неравномерный прокат, равномерный прокат, кольцевая выработка, откол обода колеса, тонкий гребень, протёртость средней части оси Величину проката определяют с помощью вертикального движка 2 сухаря 3 шаблона 1 по кругу катания...

Неисправности автосцепки, с которыми запрещается постановка вагонов в поезд. Причины саморасцепов ЗАПРЕЩАЕТСЯ: постановка в поезда и следование в них вагонов, у которых автосцепное устройство имеет хотя бы одну из следующих неисправностей: - трещину в корпусе автосцепки, излом деталей механизма...

Понятие метода в психологии. Классификация методов психологии и их характеристика Метод – это путь, способ познания, посредством которого познается предмет науки (С...

Интуитивное мышление Мышление — это пси­хический процесс, обеспечивающий познание сущности предме­тов и явлений и самого субъекта...

Объект, субъект, предмет, цели и задачи управления персоналом Социальная система организации делится на две основные подсистемы: управляющую и управляемую...

Законы Генри, Дальтона, Сеченова. Применение этих законов при лечении кессонной болезни, лечении в барокамере и исследовании электролитного состава крови Закон Генри: Количество газа, растворенного при данной температуре в определенном объеме жидкости, при равновесии прямо пропорциональны давлению газа...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.018 сек.) русская версия | украинская версия