Термодинамические расчеты соединений

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. Исходные данные

. Расчет изобарно-изотермического потенциала

.1 Расчет ?Gтº по уравнению Гиббса (первый метод)

.2 Расчет ?Gтº по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

. Расчет ?Gтº химической реакции образования соединения CuFeO2

.1 Расчет ?G400º

.1.1 Расчет ?G400º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

.1.2 Расчет DG0400 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)

.2 Расчет ?G500º

.2.1 Расчет ?G500º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

.2.2 Расчет DG0500 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)

.3 Расчет ?G600º

.3.1 Расчет ?G600º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

.3.2 Расчет DG0600 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод).

.4 Расчет ?G700º

.4.1 Расчет ?G700º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

.4.2 Расчет DG0700 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)

.5 Заключение

. Расчет ?Gтº химической реакции образования соединения CuFe2O4

.1 Расчет ?G400º

.1.1 Расчет ?G400º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

.1.2 Расчет DG0400 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)

.2 Расчет ?G500º

.2.1 Расчет ?G500º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

.2.2 Расчет DG0500 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)

.3 Расчет ?G600º

.3.1 Расчет ?G600º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

.3.2 Расчет DG0600 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)

.4 Расчет ?G700º

.4.1 Расчет ?G700º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

.4.2 Расчет DG0700 по уравнению Гиббса-Гельмгольца(второй метод)

.5 Заключение

ВЫВОД

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

В курсовой работе следует рассчитать основные термодинамические функции:

энтальпии, энтропии, изобарно-изотермические потенциалы химических реакций образования 2-х соединений: CuFeO2; CuFe2O4 в интервале температур от 298 до 700 К. Термодинамические расчеты позволяют оценить возможность (вероятность) протекания химических реакций в заданных условиях, определить их направление и предпочтительность (очередность) протекания одной реакции перед другой.

Цель курсовой работы: освоение термодинамического метода исследования системы «CuO ?? FeO» и системы «CuO ?? 2FeO», а также протекающих в них химических реакций образования соединений CuFeO2 и CuFe2O4.

термодинамический реакция химический изотермический

1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

) Формулы соединений: CuFeO2 и CuFe2O4.

) Интервал температур: 298…700 К.

) Термодинамические величины компонентов систем «CuO ?? FeO» и системы «CuO ?? 2FeO» приведены в таблице 1.

Таблица 1 ?? Термодинамические величины соединений

Формула простых веществ и соединенийТеплота образования из элементов, -DH0 298, кДж·моль-1Энтропия S0 298, Дж·моль-1·К-1Теплоемкость Cp, Дж·моль-1·К-1Коэффициенты уравнения Cp = а + вТ - С¢Т -2аb·103c´·10-5123456CuO157,0342,6343,8316,765,88FeO266,6559,4451,82-6,78-1,59CuFeO2592,688,795,610,6316,65CuFe2O4959,0141,0138,62119,4122,76

) Реакции образования соединений в смесях с соотношением исходных элементов компонентов 1:1 следующие:

+ FeO = CuFeO2,+ 2FeO = CuFe2O4.

) Определяем 5 значений температур для проведения термодинамических расчетов: 298, 400, 500, 600, 700 К.

2. РАСЧЕТ ИЗОБАРНО-ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

2.1 Расчет ?Gтº по уравнению Гиббса (первый метод)

Исходные данные: ?Нº298, ?Sº298, Cp = а + вТ + С¢Т -2 веществ, участвующих в химической реакции.

1)Определяем энтальпию реакции при стандартной температуре 298 К.

(1)

) Находим изменение коэффициентов: ?а, ?в, ?с?,определяющих зависимость Ср = ?(Т).

?а = ?а(продуктов) - ?а(исходных веществ)

?в = ?в (продуктов) - ?в(исходных веществ)

?с´= ?с(продуктов) - ?с(исходных веществ) (2)

3)Находим энтропию химической реакции при 298 К.

(3)

4)Определяем теоретическое значение изменения изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре Т по уравнению Гиббса:

(4)

Для этого находим энтальпию реакции по уравнению

(5)

и энтропию реакции по уравнению

(6)

Подставляя выражения (6) и (5) в (4), получим уравнение, по которому будем вычислять изобарно-изотермический потенциал реакции при температуре Т:

. (7)

Рассчитываем значение величины интеграла .

(8)

)Рассчитываем значения величины интеграла .

(9)

2.2 Расчет DG0T по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

Исходные данные: DH0298, DS0298, Dа, Db, Dс для химической реакции уже вычислены при расчете DG0T по уравнению Гиббса.

) Вычисляем изобарно-изотермический потенциал при стандартной температуре 298К.

. (10)

) Определяем теоретическое значение по уравнению Гиббса - Гельмгольца

(11)

Для этого преобразуем это уравнение, умножая его на величину Т-2. Получаем

или.

Интегрируя выражение получаем значение -. Умножая это значение на Т получаем .

По уравнению (12) будем рассчитывать DG0T реакции для всех значений температуры.

3)Определяем первую константу интегрирования .

(13)

1)Определяем вторую константу интегрирования у.

(14,15)

3. РАСЧЕТ ?GТº ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ CuFeO2

3.1 РАСЧЕТ ?G400º

.1.1 Расчет ?G400º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

1) Определяем энтальпию реакции при 298 К.

DH0298 = DH0298(CuFeO2) - DH0298(CuO) - DH0298(FeO) = -592,6 +157,03 + +266,65= -168,92 кДжмоль-1.

1. Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: Da, Db, Dc´.

Da = 95,6 - 43,83 - 51,82 = -0,05.

D b = (10,63 - 16,76 +6,78)10-3 = 0,6510-3.

Dc´= (16,65 - 5,88 + 1,59)105 = 12,36105.

) Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.

DS0298 = S0298 (CuFeO2) - S0298 (CuO) - S0298(FeO) = 88,7 - 42,63 - 59,44= = -13,37 Джмоль-1К-1

4) Находим значения величин интеграла.

dT = ((-0,05)400 + 0,50,6510-34002 - 12,36105400-1) -

((-0,05)298 + 0,50,6510-32982 - 12,36105298-1) = 1075,7 Джмоль-1К-1

) Находим значения величины интеграла.

dT = ((-0,05)ln400 + 0,6510-3400 - 0,512,36105400-2) -

((-0,05)ln298 + 0,6510-3298 - 0,512,36105298-2) = 3,15 Джмоль-1К-1

) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 400 К.

DG0400 = -168920 + 1075,7 + 40013,37 - 4003,15 = -163756 Джмоль-1К-1= -163,7 кДжмоль-1К-1

3.1.2 Расчет DG0400 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

1. Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.

DG 0298 = -168920 + 29813,37 = -164936 Джмоль-1К-1

) Вычисляем постоянную интегрирования DH0.

DH0 = -168920 + 0,05298 - 0,50,6510-32982 + 12,36105298-1 =

= -164786 Джмоль-1.

) Находим постоянную интегрирования у.

у298 = -164936 + 164786 - 0,05298ln298 + 0,50,6510-32982 + +0,512,36105298-1 =1867,8;

у = 6,27.

) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 400 К.

DG0400 = -164786 + 0,05400ln400 - 0,50,6510-34002 - 0,512,36105400-1 + + 6,27400 = -163755 Джмоль-1= -163,7 кДжмоль-1.

Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, DG0400 = -163,7 кДжмоль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFeO2 при температуре 400 К.

.2 РАСЧЕТ ?G500º

3.2.1 Расчет ?G500º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

1. Определяем энтальпию реакции при 298 К.

DH0298 = DH0298(CuFeO2) - DH0298(CuO) - DH0298(FeO) = -592,6 +157,03 + +266,65= -168,92 кДжмоль-1.

1. Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: Da, Db, Dc´.

Da = 95,6 - 43,83 - 51,82 = -0,05.

D b = (10,63 - 16,76 +6,78)10-3 = 0,6510-3.

Dc´= (16,65 - 5,88 + 1,59)105 = 12,36105.

1. Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.

DS0298 = S0298 (CuFeO2) - S0298 (CuO) - S0298(FeO) = 88,7 - 42,63 - 59,44= = -13,37 Джмоль-1К-1.

4) Находим значения величин интеграла.

dT = ((-0,05)500 + 0,50,6510-35002 - 12,36105500-1) -

((-0,05)298 + 0,50,6510-32982 - 12,36105298-1) = 1717,9 Джмоль-1К-1

) Находим значения величины интеграла.

dT = ((-0,05)ln500 + 0,6510-3500 - 0,512,36105500-2) -

((-0,05)ln298 + 0,6510-3298 - 0,512,36105298-2) = 4,6 Джмоль-1К-1

6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 500 К.

DG0500 = -168920 + 1717,9 + 50013,37 - 5004,6 = -162817 Джмоль-1К-1 = -162,8 кДжмоль-1К-1.

3.2.2 Расчет DG0500 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

1. Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.

DG 0298 = -168920 + 29813,37 = -164936 Джмоль-1К-1

) Вычисляем постоянную интегрирования DH0.

DH0 = -168920 + 0,05298 - 0,50,6510-32982 + 12,36105298-1 =

= -164786 Джмоль-1.

) Находим постоянную интегрирования у.

у298 = -164936 + 164786 - 0,05298ln298 + 0,50,6510-32982 + +0,512,36105298-1 =1867,8;

у = 6,27.

) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 500 К.

DG0500 = -164786 + 0,05500ln500 - 0,50,6510-35002 - 0,512,36105500-1 + + 6,27500 = -162813 Дж/моль = -162,8 кДжмоль-1.

Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, DG0500 = -162,8 кДжмоль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFeO2 при температуре 500 К.

3.3 РАСЧЕТ ?G600º

.3.1 Расчет ?G600º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

1. Определяем энтальпию реакции при 298 К.

DH0298 = DH0298(CuFeO2) - DH0298(CuO) - DH0298(FeO) = -592,6 +157,03 + +266,65= -168,92 кДжмоль-1.

1. Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: Da, Db, Dc´.

Da = 95,6 - 43,83 - 51,82 = -0,05.

D b = (10,63 - 16,76 +6,78)10-3 = 0,6510-3.

Dc´= (16,65 - 5,88 + 1,59)105 = 12,36105.

1. Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.

DS0298 = S0298 (CuFeO2) - S0298 (CuO) - S0298(FeO) = 88,7 - 42,63 - 59,44= = -13,37 Джмоль-1К-1

4) Находим значения величин интеграла.

dT = ((-0,05)600 + 0,50,6510-36002 - 12,36105600-1) -

((-0,05)298 + 0,50,6510-32982 - 12,36105298-1) = 2160,7 Джмоль-1К-1.

) Находим значения величины интеграла.

dT = ((-0,05)ln600 + 0,6510-3600 - 0,512,36105600-2) -

((-0,05)ln298 + 0,6510-3298 - 0,512,36105298-2) = 5,4 Джмоль-1К-1

6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 600 К.

DG0600 = -168920 + 2160,7 + 60013,37 - 6005,4 = -161977 Джмоль-1К-1= -161,9 кДжмоль-1К-1

3.3.2 Расчет DG0600 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

1. Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.

DG 0298 = -168920 + 29813,37 = -164936 Джмоль-1К-1

) Вычисляем постоянную интегрирования DH0.

DH0 = -168920 + 0,05298 - 0,50,6510-32982 + 12,36105298-1 =

= -164786 Джмоль-1.

) Находим постоянную интегрирования у.

у298 = -164936 + 164786 - 0,05298ln298 + 0,50,6510-32982 + +0,512,36105298-1 =1867,8;

у = 6,27.

) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 600 К.

DG0600 = -164786 + 0,05600ln600 - 0,50,6510-36002 - 0,512,36105600-1 + + 6,27600 = -161979 Дж/моль = -161,9 кДжмоль-1.

Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, DG0600 = -161,9 кДжмоль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFeO2 при температуре 600 К.

.4 РАСЧЕТ ?G700º

3.4.1 Расчет ?G700º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

1. Определяем энтальпию реакции при 298 К.

DH0298 = DH0298(CuFeO2) - DH0298(CuO) - DH0298(FeO) = -592,6 +157,03 + +266,65= -168,92 кДжмоль-1.

1. Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: Da, Db, Dc´.

Da = 95,6 - 43,83 - 51,82 = -0,05.

D b = (10,63 - 16,76 +6,78)10-3 = 0,6510-3.

Dc´= (16,65 - 5,88 + 1,59)105 = 12,36105.

1. Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.

DS0298 = S0298 (CuFeO2) - S0298 (CuO) - S0298(FeO) = 88,7 - 42,63 - 59,44= = -13,37 Джмоль-1К-1.

4) Находим значения величин интеграла.

dT = ((-0,05)700 + 0,50,6510-37002 - 12,36105700-1) -

((-0,05)298 + 0,50,6510-32982 - 12,36105298-1) = 2492,2 Джмоль-1К-1

) Находим значения величины интеграла.

dT = ((-0,05)ln700 + 0,6510-3700 - 0,512,36105700-2) -

((-0,05)ln298 + 0,6510-3298 - 0,512,36105298-2) = 5,9 Джмоль-1К-1.

6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 700 К.

DG0700 = -168920 + 2492,2 + 70013,37 - 7005,9 = -161199 Джмоль-1К-1 = -161,2 кДжмоль-1К-1

3.4.2 Расчет DG0700 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

1. Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.

DG 0298 = -168920 + 29813,37 = -164936 Джмоль-1К-1

) Вычисляем постоянную интегрирования DH0.

DH0 = -168920 + 0,05298 - 0,50,6510-32982 + 12,36105298-1 =

= -164786 Джмоль-1.

) Находим постоянную интегрирования у.

у298 = -164936 + 164786 - 0,05298ln298 + 0,50,6510-32982 + +0,512,36105298-1 =1867,8;

у = 6,27.

) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 700 К.

DG0700 = -164786 + 0,05700ln700 - 0,50,6510-37002 - 0,512,36105700-1 + + 6,27700 = -161210 Дж/моль = -161,2 кДжмоль-1.

Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, DG0700 = -161,2 кДжмоль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFeO2 при температуре 700 К.

.5 ЗАКЛЮЧНИЕ

Результаты расчетов изменения изобарно-изотермического потенциала DG0т, полученные по уравнению Гиббса и уравнению Гиббса-Гельмгольца для реакции образования CuFeO2, приведены в таблице 2. Графическая зависимость DG0т=f(T) показана на рисунке 1.

Таблица 2 - Значения величины DG0т реакции образования CuFeO2

Т, К298400500600700DG0т, кДжмоль-1-164,9-163,7-162,8-161,9-161,2

Рисунок 1 ? Зависимость изобарно-изотермического потенциала от температуры

Как показывают полученные результаты, реакция образования CuFeO2 протекает в интервале температур от 298 до 700 К при стандартном давлении, с увеличением температуры её вероятность убывает.

4. РАСЧЕТ ?Gтº ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ CuFe2O4

.1 РАСЧЕТ ?G400º

4.1.1 Расчет ?G400º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

1. Определяем энтальпию реакции при 298 К.

DH0298 = DH0298(CuFe2O4) - DH0298(CuO) -2DH0298(FeO) = -959 + 157,03 + +2266,65= -268,67 кДжмоль-1.

1. Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: Da, Db, Dc´.

Da = 138,62 - 43,83 - 51,82 = 42,97.

D b = (119,41 - 16,76 +6,78)10-3 = 109,4310-3.

Dc´= (22,76 - 5,88 + 1,59)105 = 18,47105.

1. Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.

DS0298 = S0298 (CuFe2O4) - S0298 (CuO) - 2S0298(FeO) = 141 - 42,63 - 259,44 = -20,51 Джмоль-1К-1

4) Находим значения величин интеграла.

dT = (42,97400 + 0,5109,4310-34002 - 18,47105400-1) -

(42,97298 + 0,5109,4310-32982 - 18,47105298-1) = 9858,9 Джмоль-1К-1.

) Находим значения величины интеграла.

dT = (42,97ln400 + 109,4310-3400 - 0,518,47105400-2) -

(42,97ln298 + 109,4310-3298 - 0,518,47105298-2) = 28,4 Джмоль-1К-1

6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 600 К.

DG0400 = -268670 + 9858,9 + 40020,51 - 40028,4 = -261967 Джмоль-1К-1 =

= -261,9 кДжмоль-1К-1

4.1.2 Расчет DG0400 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

1)Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.

DG 0298 = -268670 + 29820,51 = -262558 Джмоль-1К-1.

) Вычисляем постоянную интегрирования DH0.

DH0 = -268670 - 42,97298 - 0,5109,4310-32982 + 18,47105298-1 = - 280136 Джмоль-1.

) Находим постоянную интегрирования у.

у298 = -262558 + 280136+ 42,97298ln298 + 0,5109,4310-32982 + 0,518,47105298-1 = 98487,53;

у = 330,5.

) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 400 К.

DG0400 = - 280136 - 42,97400ln400 - 0,5109,4310-34002 - 0,518,47105400-1 + 330,5400 = -261980 Дж/моль = -261,9 кДжмоль-1.

Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, DG0400 = -261,9 кДжмоль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFe2O4 при температуре 400 К.

4.2 РАСЧЕТ ?G500º

4.2.1 Расчет ?G500º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

1. Определяем энтальпию реакции при 298 К.

DH0298 = DH0298(CuFe2O4) - DH0298(CuO) -2DH0298(FeO) = -959 + 157,03 + +2266,65= -268,67 кДжмоль-1.

1. Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: Da, Db, Dc´.

Da = 138,62 - 43,83 - 51,82 = 42,97.

D b = (119,41 - 16,76 +6,78)10-3 = 109,4310-3.

Dc´= (22,76 - 5,88 + 1,59)105 = 18,47105.

1. Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.

DS0298 = S0298 (CuFe2O4) - S0298 (CuO) - 2S0298(FeO) = 141 - 42,63 - 259,44 = -20,51 Джмоль-1К-1

4) Находим значения величин интеграла.

dT = (42,97500 + 0,5109,4310-35002 - 18,47105500-1) -

(42,97298 + 0,5109,4310-32982 - 18,47105298-1) = 20003,8 Джмоль-1К-1

) Находим значения величины интеграла.

dT = (42,97ln500 + 109,4310-3500 - 0,518,47105500-2) -

(42,97ln298 + 109,4310-3298 - 0,518,47105298-2) = 51 Джмоль-1К-1

6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 500 К.

DG0500 = -268670 + 20003,8 + 50020,51 - 50051 = -263911 Джмоль-1К-1 =

= -263,9 кДжмоль-1К-1

4.2.2 Расчет DG0500 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

1)Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.

DG 0298 = -268670 + 29820,51 = -262558 Джмоль-1К-1.

) Вычисляем постоянную интегрирования DH0.

DH0 = -268670 - 42,97298 - 0,5109,4310-32982 + 18,47105298-1 =

= - 280136 Джмоль-1.

) Находим постоянную интегрирования у.

у298 = -262558 + 280136+ 42,97298ln298 + 0,5109,4310-32982 + 0,518,47105298-1 = 98487,53;

у = 330,5.

) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 500 К.

DG0500 = - 280136 - 42,97500ln500 - 0,5109,4310-35002 - 0,518,47105500-1 + 330,5500 = -263933 Джмоль-1= -263,9 кДжмоль-1.

Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, DG0500 = -263,9 кДжмоль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFe2O4 при температуре 500 К.

.3 РАСЧЕТ ?G600º

4.3.1 Расчет ?G600º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

1. Определяем энтальпию реакции при 298 К.

DH0298 = DH0298(CuFe2O4) - DH0298(CuO) -2DH0298(FeO) = -959 + 157,03 + +2266,65= -268,67 кДжмоль-1.

1. Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: Da, Db, Dc´.

Da = 138,62 - 43,83 - 51,82 = 42,97.

D b = (119,41 - 16,76 +6,78)10-3 = 109,4310-3.

Dc´= (22,76 - 5,88 + 1,59)105 = 18,47105.

1. Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.

DS0298 = S0298 (CuFe2O4) - S0298 (CuO) - 2S0298(FeO) = 141 - 42,63 - 259,44 = -20,51 Джмоль-1К-1

) Находим значения величин интеграла.

dT = (42,97600 + 0,5109,4310-36002 - 18,47105600-1) -

(42,97298 + 0,5109,4310-32982 - 18,47105298-1) = 30935,1 Джмоль-1К-1.

) Находим значения величины интеграла.

dT = (42,97ln600 + 109,4310-3600 - 0,518,47105600-2) -

(42,97ln298 + 109,4310-3298 - 0,518,47105298-2) = 70,95 Джмоль-1К-1.

6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 600 К.

DG0600 = -268670 + 30935,1 + 60020,51 - 60070,95 = -267999 Джмоль-1К-1= -267,9 кДжмоль-1К-1.

4.3.2 Расчет DG0600 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

1)Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.

DG 0298 = -268670 + 29820,51 = -262558 Джмоль-1К-1

) Вычисляем постоянную интегрирования DH0.

DH0 = -268670 - 42,97298 - 0,5109,4310-32982 + 18,47105298-1 = - 280136 Джмоль-1.

) Находим постоянную интегрирования у.

у298 = -262558 + 280136+ 42,97298ln298 + 0,5109,4310-32982 + 0,518,47105298-1 = 98487,53;

у = 330,5.

) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 600 К.

DG0600 = - 280136 - 42,97600ln600 - 0,5109,4310-36002 - 0,518,47105600-1 + 330,5600 = -267998 Джмоль-1= -267,9 кДжмоль-1.

Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, DG0600 = -267,9 кДжмоль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFe2O4 при температуре 600 К.

.4 РАСЧЕТ ?G700º

4.4.1 Расчет ?G700º реакции по уравнению Гиббса (первый метод)

1. Определяем энтальпию реакции при 298 К.

DH0298 = DH0298(CuFe2O4) - DH0298(CuO) -2DH0298(FeO) = -959 + 157,03 + +2266,65= -268,67 кДжмоль-1.

1. Вычисляем изменение коэффициентов зависимости теплоемкости от температуры: Da, Db, Dc´.

Da = 138,62 - 43,83 - 51,82 = 42,97.

D b = (119,41 - 16,76 +6,78)10-3 = 109,4310-3.

Dc´= (22,76 - 5,88 + 1,59)105 = 18,47105.

1. Рассчитываем энтропию реакции при 298 К.

DS0298 = S0298 (CuFe2O4) - S0298 (CuO) - 2S0298(FeO) = 141 - 42,63 - 259,44 = -20,51 Джмоль-1К-1

4) Находим значения величин интеграла.

dT = (42,97700 + 0,5109,4310-37002 - 18,47105700-1) -

(42,97298 + 0,5109,4310-32982 - 18,47105298-1) = 42784,8 Джмоль-1К-1.

) Находим значения величины интеграла.

dT = (42,97ln700 + 109,4310-3700 - 0,518,47105700-2) -

(42,97ln298 + 109,4310-3298 - 0,518,47105298-2) = 89,2 Джмоль-1К-1.

6) Рассчитываем значение величины изобарно-изотермического потенциала реакции при температуре 700 К.

DG0700 = -268670 + 42784,8 + 70020,51 - 70089,2 = -273968 Джмоль-1К-1= -273,9 кДжмоль-1К-1

4.4.2 Расчет DG0700 по уравнению Гиббса-Гельмгольца (второй метод)

1)Определяем изобарно-изотермический потенциал реакции при 298 К.

DG 0298 = -268670 + 29820,51 = -262558 Джмоль-1К-1

) Вычисляем постоянную интегрирования DH0.

DH0 = -268670 - 42,97298 - 0,5109,4310-32982 + 18,47105298-1 = - 280136 Джмоль-1.

) Находим постоянную интегрирования у.

у298 = -262558 + 280136+ 42,97298ln298 + 0,5109,4310-32982 + 0,518,47105298-1 = 98487,53;

у = 330,5.

) Рассчитываем значение изобарно-изотермического потенциала реакции при 700 К.

DG0700 = - 280136 - 42,97700ln700 - 0,5109,4310-37002 - 0,518,47105700-1 + 330,5700 = -273966 Джмоль-1= -273,9 кДжмоль-1.

Полученное значение величины изобарно-изотермического потенциала, DG0700 = -273,9 кДжмоль-1, позволяет сделать заключение о термодинамической вероятности, то есть возможности протекания реакций образования соединения CuFe2O4 при температуре 700 К.

.5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты расчетов изменения изобарно-изотермического потенциала DG0т, полученные по уравнению Гиббса и уравнению Гиббса-Гельмгольца для реакции образования CuFe2O4, приведены в таблице 3. Графическая зависимость DG0т=f(T) показана на рисунке 2.

Таблица 3 - Значения величины DG0т реакции образования CuFe2O4

Т, К298400500600700DG0т, кДжмоль-1-262,5-261,9-263,9-267,9-273,9

Рисунок 2 ? Зависимость изобарно-изотермического потенциала от температуры

Как показывают полученные результаты, реакция образования CuFe2O4 протекает в интервале температур от 298 до 700 К при стандартном давлении, с увеличением температуры её вероятность убывает в интервале температур от 298 до 400 К и возрастает в интервале температур от 400 до 700 К.

ВЫВОД

Термодинамический анализ системы «CuO ?? FeO» и системы «CuO ?? 2FeO» в интервале температур 298…700 К показывает, что энергетически наиболее вероятно протекание реакции образования CuFe2O4 (DG0т= ?262,5…?273,9 кДжмоль-1). Реакция образования CuFeO2 будет протекать во вторую очередь (DG0т= ?164,9…?161,2 кДжмоль-1).

Список литературы

1. Хомич В.А. Термодинамические расчеты: метод. указания к курсовой работе по физической химии для студентов специальности 330200 « Инженерная защита окружающей среды». - Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. - 14 с.

. Бобкова Н.М., Силич Л.М., Терещенко И.М. Сборник задач по физической химии силикатов и тугоплавких соединений: учеб. пособие для вузов. - Минск: «Университетское», 1990. - 175 с.

. Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия: учебное пособие / П.М. Кругляков, Т.Н. Хаскова. 2-ое изд., испр. ? М.: Высшая школа, 2007. ? 319 с.

. Краткий справочник физико-химических величин: учебное пособие / Ред. А.А. Равдель, А.М. Пономарева. ? 11?е изд., испр. и доп. ? М.: As?book, 2009. ? 240 с.