Методические указания
К контрольной работе №1
Термодинамический анализ реакции
Дисциплина: Физическая химия
Направление: 18.03.01 Химическая технология
Форма обучения: заочная
Форма проведения: письменная
ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАНИЯ
Исследование 1
Для реакции: …(см. вариант задания)
выполнить следующее:
1.1.1. Составить уравнение зависимости от температуры величины 
= f (T), теплового эффекта 
= f(T) и изменения энтропии 
= f(T).
1.1.2. Вычислить величины 
при температурах:
… K. Полученные значения использовать при построении графиков
в координатах 
– Т; – T; – T; 
– T; ln Kp – T; и 
– 1/T.
1.1.3. Дать термодинамический анализ реакции на основании полученных результатов.
1.1.4. Пользуясь графиком lnКр – 1/T, вывести приближенное уравнение вида
= А/T + B, где А, В – постоянные и оценить среднее значение теплового эффекта реакции в изученном интервале температур..
Исследование 2
1.2.1. Используя правило фаз Гиббса, для рассматриваемой системы определить количества фаз, независимых компонентов и число степеней свободы.
1.2.2. Установить направление смещения состояния равновесия рассматриваемой
системы при:
а) увеличении давления (постоянная температура);
б) увеличении температуры (постоянное давление).
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Зависимость теплового эффекта реакции от температуры определяется законом Кирхгофа:
(1)
где: 
– стандартный тепловой эффект реакции при 298 К;
- изменение теплоёмкости системы в результате протекания реакции.
Последняя величина рассчитывается по уравнению
(2)
где 
- мольная изобарная теплоёмкость i-го вещества;
ni – стехиометрический коэффициент i-го вещества в уравнении реакции.
После подстановки значений зависимости от температуры в выражение (2) оно примет вид:
= Da + Db T + DcT-2 , (3)
где: Da = S(ni ai)кон - S(ni ai)исх.
– рассчитываются аналогично 
.
Значение определяется по стандартным теплотам образования 
= S(ni )кон - S (ni )исх. (4)
После расчета Da, 
и их подстановки в уравнение (3) и (1) получим следующее выражение:
= Х + DaТ + Db/2 Т2 - Dс/ Т-1 (5)
Постоянная интегрирования Х определяется из граничных условий:
Т=298 К; =
X = - Da 298 –1/2 Db 2982 + Dc/ 298-1
Изменение энтропии системы в результате протекания процесса определяется по уравнению:
(6)
В этом уравнении 
– cтандартное изменение энтропии для реакции при 298К, определяемое по мольным стандартным энтропиям веществ 
:
= S(ni )кон - S(ni )исх (7)
Подстановка выражения (3) в уравнение (6) приводит в результату:
= Y + Da lnТ + Db Т - Dс//2 Т-2 (8)
Постоянная интегрирования Y определяется из граничных условий:
Т=298 К; = .
Y = - Da ln298 - Db 298 + Dc/ 298-2/ 2
При расчете изменения стандартной энергии Гиббса для реакции воспользуемся точным уравнением энтропийного варианта Гиббса-Гельмгольца:
(9)
Для реакций, в которых участвуют только газы или газы и конденсированные фазы, представляющие собой чистые вещества, константу равновесия Ка выражают обычно через равновесные парциальные давления (Pi) и обозначают символом Kp.
Константа равновесия связана с изменением стандартной энергии Гиббса соотношением:
(10)
После подстановки выражения (8) в уравнение (9) получим:
. (11)
ПОДГОТОВКА ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТОВ
Для удобства последующих расчетов составляем таблицу исходных данных.
Таблица 1
Исходные данные для термодинамического исследования реакции (по данным [1])
| Вещество |
кДж/моль
|
Дж/К мол
| a | b· 103 | C/· 10-5 | Температура Т, K |
| ∆ |
УРАВНЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТОВ
С учетом данных, представленных в табл.!, получаем следующие уравнения для расчета:
= …. +……10-3 · T +……. 10+5 · T-2 ,
Х = 1000 - Da 298 - Db/2 2982 + Dс/ 298-1 = ………. Дж
Y = - Da ln298 - Db 298 + Dс//2 298-2 = …………Дж/К
= Х + DaТ + Db/2 Т2 - Dс/ Т-1 = ……..+ …. Т + ……10-3 Т2 -…….105 Т-1
=Y + Da lnТ + Db Т - Dс//2 Т-2 =……+ …..ln Т + ……10-3 Т - ……105Т-2
Решение задачи выполнено на персональном компьютере и представлено в таблице 2.
Таблица 2
Сводная таблица термодинамических характеристик реакции
| Т, K |
Дж/К
|
кДж
|
Дж/К
| 
кДж
| Ln Kp | 1000/T |