Физическая химия

Физическая химия Часть 1 Изотова Светлана Георгиевна СПбГТИ(ТУ), кафедра физической химии 04.06.2020 Физическая химия Рекомендуемая литература: Физическая химия. Теория и задачи : учебное пособие / Ю. П. Акулова, С. Г. Изотова, О. В. Проскурина, И. А. Черепкова. — 2-е изд., испр. — Санкт-Петербург : Лань, 2020. — 228 с. : ил. — (Учебники для вузов. Специальная литература). Физическая химия. Теория и задачи [Текст]: учебное пособие / Ю. П. Акулова, С. Г. Изотова, О. В. Проскурина, И. А. Черепкова. – СПб: СПбГТИ (ТУ). – 2017. – 195 c. Краткий справочник физико-химических величин. Издание десятое, испр., и дополн./Под ред.А.А.Равделя и А.М.Пономаревой - СПб.:»Иван Федоров», 2002.-240с., ил. Афанасьев Б. Н., Акулова Ю. П. Физическая химия: Учебное пособие. 1-е изд. — СПб.— М.—Краснодар: Лань, 2012. — 464 с.: ил. Практические работы по физической химии : [Учеб. пособие для вузов] / [Акулова Ю. П. и др.]; Под ред. К. П. Мищенко [и др.]. - 5. изд., перераб. - СПб. : Профессия, 2002. - 382, [1] c. : ил., табл. Физическая химия Разделы курса Часть 1 Часть 2 Химическая термодинамика и химическое равновесие КР 1: задания №1, №2 Фазовые равновесия КР 2: задания №3, №4, №5, №6, №7 Методы определения строения вещества КР 1: задания №10, №11, №12 Электрохимические системы КР 2.1: задания №8, №9 Химическая кинетика КР 2.1: задания №14, №15 № 1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» № 2 «Расчет равновесных парциальных давлений гетерогенной химической реакции» № 3 «Анализ фазового равновесия жидкость – пар в однокомпонентной системе» № 4 «Определение активности и коэффициента активности растворителя в растворе» № 5 «Коллигативные свойства растворов» № 6 «Анализ фазовых равновесий жидкость – пар в двухкомпонентной системе» № 7 «Анализ диаграмм плавкости» Физическая химия №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» CH4 𝑜 ∆𝐻𝑓,298 , кДж/моль 𝑜 𝑆298 , Дж/моль*K ҧ 𝐶𝑝,298÷𝑇 , Дж/моль*K 𝑜 = 1. ∆𝑟 𝐻298 + H2O CO + 3H2 1∙(-110,53) 3∙0 1∙188,72 1∙197,55 3∙130,52 1∙37,06 1∙30,92 3∙29,57 1∙(-74,85) 1∙(-241,81) 1∙186,27 1∙54,52 𝑜 ෍ 𝜈𝑗 ∆𝐻𝑓,298 = 𝑜 − ෍ 𝜈𝑖 ∆𝐻𝑓,298 𝑗 к.в. табл.44 [КС] табл.40 [КС] 𝑖 и.в. o o o o o  r H 298  (3  H f ,298  1  H f ,298 )  (1  H f ,298  1  H f ,298 ) H2 CO CH4 H2O = (3∙0 + 1∙(-110,53) - (1∙(-241,81) + 1∙(-74,85)) = 206,13 кДж . Физическая химия №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» CH4 𝑜 ∆𝐻𝑓,298 , кДж/моль 𝑜 𝑆298 , Дж/моль*K ҧ 𝐶𝑝,298÷𝑇 , Дж/моль*K 2. 𝑜 ∆𝑟 𝑆298 = + H2O CO + 3H2 1∙(-110,53) 3∙0 1∙188,72 1∙197,55 3∙130,52 1∙37,06 1∙30,92 3∙29,57 1∙(-74,85) 1∙(-241,81) 1∙186,27 1∙54,52 𝑜 ෍ 𝜈𝑗 𝑆298 𝑗 = 𝑜 − ෍ 𝜈𝑖 𝑆298 𝑖 к.в. и.в. r S o  (3 S o 1 S o )  (1 S o 1 S o ) 298 298 298 298 298 H2 CO CH4 H2O = (3∙130,52 + 1∙197,55) - (1∙186,27 + 1∙188,72) = 214,12 Дж/К . табл.44 [КС] табл.40 [КС] Физическая химия №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» Дж/К CH4 𝑜 ∆𝐻𝑓,298 , кДж/моль 𝑜 𝑆298 , Дж/моль*K ҧ 𝐶𝑝,298÷𝑇 , Дж/моль*K 3. ҧ ∆𝑟 𝐶𝑝,298÷𝑇 = + H2O = CO + 3H2 1∙(-110,53) 3∙0 1∙188,72 1∙197,55 3∙130,52 1∙37,06 1∙30,92 3∙29,57 1∙(-74,85) 1∙(-241,81) 1∙186,27 1∙54,52 ҧ ෍ 𝜈𝑗 𝐶𝑝,298÷𝑇 𝑗 ҧ − ෍ 𝜈𝑖 𝐶𝑝,298÷𝑇 𝑖 к.в. o o  r C p,2981000  (3  C p,2981000 и.в. o  1  C p,2981000 )  H2 CO o o (1  C p,2981000  1  C p,2981000 ) CH4 H2O = (3∙29,57 + 1∙-30,92 - (1∙54,52 + 1∙37,06) = 28,05 Дж/К . табл.44 [КС] табл.40 [КС] Физическая химия №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» CH4 𝑜 ∆𝐻𝑓,298 , кДж/моль 𝑜 𝑆298 , Дж/моль*K ҧ 𝐶𝑝,298÷𝑇 , Дж/моль*K 4. + H2O = CO + 3H2 1∙(-110,53) 3∙0 1∙188,72 1∙197,55 3∙130,52 1∙37,06 1∙30,92 3∙29,57 1∙(-74,85) 1∙(-241,81) 1∙186,27 1∙54,52 𝑜 ҧ ∆𝑟 𝐻𝑇𝑜 = ∆𝑟 𝐻298 + ∆𝑟 𝐶𝑝,298÷𝑇 (𝑇 − 298) 𝑜 ∆𝑟 𝐻1000 = 206130 +28,05 (1000-298)= 225821 Дж . 5. ∆𝑟 𝑆𝑇𝑜 = 𝑜 ∆𝑟 𝑆298 𝑜 ∆𝑟 𝑆1000 ҧ + ∆𝑟 𝐶𝑝,298÷𝑇 𝑙𝑛 𝑇 298 1000 = 214,12 + 28,05𝑙𝑛 = 248,08 Дж/К 298 табл.44 [КС] табл.40 [КС] Физическая химия №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» CH4 𝑜 ∆𝐻𝑓,298 , кДж/моль 𝑜 𝑆298 , Дж/моль*K ҧ 𝐶𝑝,298÷𝑇 , Дж/моль*K 6. + H2O = CO + 3H2 1∙(-110,53) 3∙0 1∙188,72 1∙197,55 3∙130,52 1∙37,06 1∙30,92 3∙29,57 1∙(-74,85) 1∙(-241,81) 1∙186,27 1∙54,52 ∆𝑟 𝐺𝑇𝑜 = ∆𝑟 𝐻𝑇𝑜 + 𝑇∆𝑟 𝑆𝑇𝑜 𝑜 ∆𝑟 𝐺1000 = 225821 + 1000 ∗ 248,08 = −22258 Дж 7. 𝐾𝑝෤ = ∆𝑟 𝐺𝑇𝑜 𝑒 − 𝑅𝑇 𝐾𝑝෤1000 = −22258 −8,314∗1000 𝑒 = 14,54 табл.44 [КС] табл.40 [КС] Физическая химия №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» 2 CO + S2 = 2 COS Исходный состав в момент времени t=0 2 1 Изменение состава к моменту времени t –2ƺ –ƺ 2ƺ Равновесный состав в момент времени t 2–2ƺ 1– ƺ 2ƺ 𝐾𝑝෤ = 𝐾𝑛 Область допустимых значений: KP  2–2ƺ > 0 1– ƺ > 0 2ƺ > 0 0<ƺ<1 𝑋𝐶𝑂 𝑃 σ 𝑛𝑖 ∆𝜈 𝑛𝑖 𝑋𝑖 = ∙ 100 σ 𝑛𝑖 1 ~  Робщ  (2) 2 (3  ) (2) 2   = 2  (2  2) 2 (1  ) (2  2) (1  )  3    2–2ƺ = ∙ 100 3–ƺ 1–ƺ 𝑋S = ∙ 100 2 3–ƺ 𝑋𝐶𝑂𝑆 2ƺ = ∙ 100 3–ƺ Физическая химия №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» 𝑑𝑙𝑛𝐾 𝑑𝑇 = 𝑝 𝐾𝑝෤ = 𝐾𝑛 ∆𝐻 𝑅𝑇 2 → Влияние 𝑇 ∆𝐻 > 0 эндотермическая реакция ∆𝐻 < 0 экзотермическая реакция 𝑃 σ 𝑛𝑖 ∆𝜈 → Влияние 𝑃 𝑃 ↑ 𝐾𝑛 ↓ ← ∆𝜈 > 0 ∆𝜈 < 0 𝑃 ↑ 𝐾𝑛 ↑ → ∆𝜈 = 0 нет влияния → Влияние добавления инертного газа ෍ 𝑛𝑖 ↑ ∆𝜈 > 0 ∆𝜈 < 0 ∆𝜈 = 0 𝐾𝑛 ↑ → 𝐾𝑛 ↓ ← нет влияния 𝑇↑ 𝐾↑ → 𝑇↑ 𝐾↓ ← Спасибо за внимание!