Вариант 20 (3)

1. 
   В стандартных условиях тепловой эффект химической реакции rH298 0 может быть рассчитан по справочным значениям теплот образования H⁰_f,298 :
   
   

∆_r H⁰₂₉₈ = 2* 91,26 – [0+0] = 182,52 кДж

2. 
   ∆n - изменение числа молей газообразных продуктов реакции и исходных веществ (∆n = n прод. - n исх.вещ.). Для реакции N₂+O₂=2NO нам известны начальные количества исходных веществ (n(N₂)= 1 моль; n(O₂)= 10 моль), по которым мы можем рассчитать количество моль, образовавшегося NO. n(NО)=2 моль. Зная эти данные находим:
   

3. 
   В изобарно-изотермическом процессе работа системы, совершаемая против внешнего давления, находится согласно уравнению Менделеева-Клапейрона:
   

Таким образом, в изобарно-изотермических условиях работа расширения может совершаться только за счет изменения числа молей газа.

Согласно этому находим:

W_p,T=(-9 моль)*8,314*298 К= -22298,2 Дж = -22,3 кДж

1.4 По уравнению _ΔгН⁰₂₉₈ = _ΔгU⁰₂₉₈ + _Δn_гRT

Q_v = _ΔrU⁰₂₉₈ = _ΔrН⁰₂₉₈ – _Δn_гRT

Для данной реакции _Δn_г = 2- (1+10)=-9 моль

Стандартный тепловой эффект при постоянном объеме

Q_v = _ΔrU⁰₂₉₈ = 182520 – (-9) * 8,314 * 298 =204818,1 Дж = 204,8 кДж

5. 
   Дана реакция и температура N₂+O₂=2NO и Т=900 К. Для расчетов воспользуемся справочными данными по средним теплоемкостям участвующих в реакции веществ в интервале температур от 298 К до 900К:
   

Средние теплоемкости	N2(г.)	+ О2 (г.)	= 2NO(г.)
Cp,298/900, Дж/(моль∙К)	30,44	32,09	31,67

5. 
   Тепловой эффект данной реакции при 900 К равен:
   

1.7 Из дифференциального уравнения Кирхгоффа следует, что зависимость теплового эффекта от температуры определяется знаком Δ_rC_p, т.е. зависит от того, что больше, суммарная теплоемкость исходных веществ или суммарная теплоемкость продуктов реакции. Проанализируем дифференциальное уравнение Кирхгофа.

В нашем случае теплоемкость имеет положительный знак.

Если температурный коэффициент Δ_rC _p > 0, то производная > 0 и функция ∆_rH = f (T ) возрастающая. Следовательно, тепловой эффект реакции с ростом температуры увеличивается.

8. 
   Изменение энтропии для данной реакции расчитываем по следующей формуле:
   

8. 
   Для расчетов воспользуемся рассчитанным в примере 1.5 значением изменения средней теплоемкости системы за счет протекания в ней химической реакции в интервале температур от 298 до 900
   

Тогда изменение энтропии для данной реакции при 900К будет равно:

∆_rS⁰₉₀₀ = 24,74+0,81*ln[] = 25,635 Дж/К

8. 
   Изменение стандартной энергии Гиббса при протекании реакции при любой температуре, в соответствии со вторым началом термодинамики, рассчитывается по уравнению:
   

Для расчетов воспользуемся рассчитанными в предыдущих примерах при температуре 900 К значениями теплового эффекта реакции и изменения энтропии системы, за счет протекания в ней реакции.

∆_r G⁰₉₀₀ = 183007,6 –900*25,635 = 159936,1 Дж

8. 
   Константа термодинамического равновесия равна:
   

Энергия Гиббса для данной системы ∆_r G⁰₂₉₈ = 175,16 кДж

Тогда константа равновесия при 298 К равна:

К_а,298= е ^{-175160/(298*8,314)} =е^-70,7 = 1,97*10^-31

Для расчета константы равновесия при 900 К воспользуемся рассчитанным в предыдущем примере значением стандартной энергии Гиббса при температуре 900 К.

К_а,900= е ^{-159936,1/(900*8,314)} =е^-21,4 = 5,08*10^-10

8. 
   Выразим равновесный состав через химическую переменную ξ и найдем область допустимых значений (ОДЗ) ξ из условия, число молей вещества всегда положительная величина:
   

	N2 +	O2 =	2NO
Исх.состав n0,i моль	1	1	2
Равновесный состав nj моль	1- ξ	1- ξ	2* ξ

Выразим практическую константу Kn через глубину превращения ξ

К_п=

Выразим сумму молей газообразных веществ в равновесии через глубину превращения ξ:

Разность стехиометрических коэффициентов равна 0.

Подставим полученные данные в уравнение, которое связывает термодинамическую константу и практическую:

Поскольку ∆υ=0, то получим:

т.е К_п=К_а.

решаем точно, отбирая корни в соответствии с областью допустимых значений ξ. При раскрытии всех скобок, знаменатель дроби оказался пренебрежимо мал, поэтому получаем уравнение 4=, решив его, получим что ξ= или 0,0000113

1.13 Выразим равновесный состав через химическую переменную ξ и найдем область допустимых значений (ОДЗ) ξ из условия, число молей вещества всегда положительная величина:

	N2 +	O2 =	2NO
Исх.состав n0,i моль	1	10	0
Равновесный состав nj моль	1- ξ	10- ξ	2* ξ

Выразим практическую константу Kn через глубину превращения ξ

К_п=

Выразим сумму молей газообразных веществ в равновесии через глубину превращения ξ:

Разность стехиометрических коэффициентов равна 0.

Подставим полученные данные в уравнение, которое связывает термодинамическую константу и практическую:

Поскольку ∆υ=0, то получим:

т.е К_п=К_а.