Рабочая программа, методические указания и индивидуальные задания к изучению дисциплины “Физическая химия и аналитический контроль” (стр. 8 )

       Константу равновесия при любой температуре можно рассчитать по уравнению

  ,  (1.49)

где - изобарный потенциал реакции при температуре Т.

       Можно рассчитать константу равновесия также и по уравнению Темкина – Шварцмана

.  (1.50)

1.6. Решение типовой задачи

Задача 1. Пользуясь данными таблиц 1.1, 1.2 и 1.3,  для реакции

вычислите тепловой эффект, стандартное химическое сродство и константу равновесия реакции при стандартных условиях и температуре 800 К. По полученным результатам расчетов определите термохимические особенности реакции, направление протекания процесса, глубину превращения (выход продуктов) в стандартных и заданных условиях. Укажите, как следует изменить температуру и давление, чтобы увеличить выход продуктов реакции.

Решение. Для заданной реакции из таблиц 1.1, 1.2 и 1.3 выпишим необходимые для расчета величины термодинамических свойств участников реакции

Вещество	, кДж/моль	Дж/моль∙К	Коэффициенты .	,
	-162,00	42,63	43,83	16,77	-5,88	-134,26
	-110,53	197,55	28,41	4,10	-0,46	-137,15
	0	33,14	22,64	6,28	0	0
	-393,51	213,66	44,14	9,04	-8,54	-394,37

; ; .

Для расчета стандартного теплового эффекта реакции используем уравнение (1.36)

,

.

, реакция экзотермическая, идет с выделением тепла.

Расчет теплового эффекта реакции при температуре 800 К проводим по уравнению (1.39)

.

Для проведения расчетов предварительно необходимо вычислить изменение коэффициентов в ходе химической реакции:

;

.

;

) ∙= - 5,55∙

.

, реакция экзотермическая, идет с выделением тепла. При этом , следовательно, с повышением температуры увеличивается количество выделяемой реакцией энергии.

Вычислим изменение энтропии в ходе химической реакции по уравнению (1.43)

,

.

Так как , то энтропия системы возрастает, следовательно, в изолированных и адиабатических системах реакция идёт самопроизвольно.

Для определения направления самопроизвольного протекания реакции в открытых системах необходимо рассчитать химическое сродство по уравнению (1.44)

;

.

Рассчитаем по уравнению Гиббса-Гельмгольца (1.45)

,

.

       Оба расчета дают одинаковые результаты, что подтверждает правильность расчетов. Так как , можно сделать вывод, что химическое сродство между исходными веществами есть, в открытой системе процесс идет самопроизвольно.

Химическое сродство при 800К вычислим по уравнению Темкина-Шварцмана (1.46)

,

.

, следовательно, химическое сродство между исходными веществами есть, в открытой системе процесс идет самопроизвольно.

Расчет константы равновесия реакции при стандартных условиях проводим по уравнению (1.49)

,

.

Рассчитанная величина и равновесие практически полностью смещено вправо (в сторону прямой реакции), реакция идет до конца, выход продуктов реакции составляет 100%.

Расчет константы равновесия при 800 К проводим по уравнению (1.50)        .

.

При 800 К , следовательно и в этих условиях равновесие смещено вправо, т. е. выход продуктов составляет 100%.

       Реакция идет с выделением тепла, в соответствии с принципом Ле-Шателье, для смещения равновесия в сторону выхода продуктов реакции необходимо снижать температуру (в предложенных условиях целесообразно проводить реакцию при 298 К). Количество моль газообразных участников реакции до и после взаимодействия одинаково (), поэтому увеличение давления на смещения равновесия влияния не оказывает.

1.7. Многовариантная задача для контрольных работ

Пользуясь данными табл. 1.1, 1.2 и 1.3, вычислите тепловой эффект,  химическое сродство и константу равновесия при стандартных условиях и при заданной температуре Т.

По полученным значениям термодинамических характеристик определите термохимический тип реакции, возможность её протекания при адиабатных условиях и в открытых системах, а также укажите качественно глубину протекания реакции при стандартных условиях и при заданной температуре. Определите оптимальные условия  ведения процесса, указав, как увеличить выход продуктов.