Химия : Определение термодинамической возможности протекания химических процессов в реакции H2+Cl2=2HCl
Федеральное агентство по образованию
Ангарская государственная техническая академия
по дисциплине «Химия»
Определение термодинамической возможности
протекания химических процессов в реакции:
студентка группы ЭУПу-08-10
доцент кафедры химии
Задание к курсовой работе
1. Привести физико-химическую характеристику всех участников реакции и способов их получения.
2. Рассчитать тепловой эффект реакции H2+Cl2=2HCl при стандартных условиях и при температуре = 1000 К.
3. Рассчитать изменение энтропии химической реакции при стандартных условиях и при температуре = 1000 К.
4. Определить возможность протекания реакции H2+Cl2=2HCl при стандартных условиях и при температуре = 1000 К.
5. Используя метод Темкина-Шварцмана рассчитать при температуре = 1200, =1500. Построив зависимость графически определить температуру, при которой процесс возможен, как самопроизвольный в прямом направлении.
6. Рассчитать константу равновесия при температуре = 1000 К, = 1200, =1500.
- 1. Теоретическая часть
- 1.1 Этанол и его свойства
- 1.2 Способы получения этанола
- 1.3 Применение
- 1.4 Этилен. Физические и химические свойства
- 1.5 Получение этилена
- 1.6 Применение
- 1.7 Вода
- 2.1 Нахождение теплового эффекта реакции
1. Теоретическая часть
1.1 Этанол и его свойства
Этанол — бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом.
Таблица 1. Физические свойства этанола
241 °C (при давлении 6,3 МПа)
Смешивается с водой, эфиром, ацетоном и многими другими органическими растворителями; легко воспламеняется; с воздухом этанол образует взрывоопасные смеси (3,28-18,95% по объему). Этанол обладает всеми характерными для одноатомных спиртов химическими свойствами, например с щелочными и щелочноземельными металлами образует алкоголяты, с кислотами — сложные эфиры, при окислении этанола — ацетальдегид, при дегидратации — этилен и этиловый эфир. При хлорировании этанола образуется хлораль.
1. 2 Способы получения этанола
Существует 2 основных способа получения этанола — микробиологический (брожение и гидролиз) и синтетический:
Известный с давних времён способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов, содержащих сахар (свёкла и т. п.). Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, древесины и др. под действием фермента зимазы. Реакция эта довольно сложна, её схему можно выразить уравнением:
C6H12O6 > 2C2H5OH + 2CO2
В результате брожения получается раствор, содержащий не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции.
Промышленное производство спирта из биологического сырья
Для гидролизного производства применяется сырьё, содержащее целлюлозу — древесина, солома.
Отходами бродильного производства являются барда и сивушные масла
В промышленности, наряду с первым способом, используют гидратацию этилена. Гидратацию можно вести по двум схемам:
прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесённую на силикагель, активированный уголь или асбест:
CH2=CH2 + H2O > C2H5OH
гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты, с последующим его гидролизом (при температуре 80—90 °С и давлении 3,5 МПа):
CH2=CH2 + H2SO4 > CH3-CH2-OSO2OH (этилсерная кислота)
CH3-CH2-OSO2OH + H2O > C2H5OH + H2SO4
Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира.
Этанол, полученный путём гидратации этилена или брожением, представляет собой водно-спиртовую смесь, содержащую примеси. Для его промышленного, пищевого и фармакопейного применения необходима очистка. Фракционная перегонка позволяет получить этанол с концентрацией около 95.6 % об.; эта неразделимая перегонкой азеотропная смесь содержит 4.4 % воды (вес.) и имеет температуру кипения 78.2 °C.
Перегонка освобождает этанол как от легколетучих, так и от тяжёлых фракций органических веществ (кубовый остаток).
Абсолютный спирт — этиловый спирт, практически не содержащий воды. Кипение при температуре 78,39 °C в то время как спирт спирт-ректификат, содержащий не менее 4,43 % воды кипит при температуре 78,15 °C. Получают перегонкой водного спирта, содержащего бензол, и другими способами.
Этанол может использоваться как топливо (в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания).
Служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др.;
Широко применяется как растворитель (в красочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях);
Является компонентом антифриза.
Этиловый спирт в первую очередь используется как антисептик
как обеззараживающее и подсушивающее средств, наружно;
растворитель для лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.;
консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %)
Является универсальным растворителем различных душистых веществ и основным компонентом духов, одеколонов и т. п. Входит в состав разнообразных лосьонов.
Наряду с водой, является необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %. В кумысе содержится 1?3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе — от 0,6 до 2,2 %. Растворитель для пищевых ароматизаторов. Применяется как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности
1.4 Этилен . Физические и химические свойства
Этилен, H2C=CH2 — ненасыщенный углеводород, первый член гомологического ряда олефинов, бесцветный газ со слабым эфирным запахом; практически нерастворим в воде, плохо — в спирте, лучше — в эфире, ацетоне. Горит слабокоптящим пламенем, с воздухом образует взрывоопасные смеси. Этилен весьма реакционноспособен.
Таблица 2. Физические свойства этилена
Химические свойства этилена и его гомологов в основном определяются наличием в их молекулах двойной связи. Для них характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации.
1. Реакции присоединения
§ Этилен и его гомологи взаимодействуют с галогенами. Так, например, они обесцвечивают бромную воду:
Н2С=СН2 + Вr2 — СН2Вr— СН2Вr
§ Аналогично происходит присоединение водорода (гидрирование этилена и его гомологов).
§ В присутствии серной или ортофосфорной кислоты и других катализаторов этилен присоединяет воду (реакция гидратации):
Этой реакцией пользуются для получения этилового спирта в промышленности.
§ Этилен и его гомологи присоединяют также галогеноводороды:
Н2С=:СН2 + НС1 >СН3— СН2С1
Этилхлорид применяют в медицине для местной анестезии.
2. Реакции окисления.
§ Этилен и его гомологи способны гореть в воздухе:
С2Н4 + ЗО2 >2СО2 + 2Н2О
С воздухом этилен и его газообразные гомологи образуют взрывчатые смеси.
§ Этилен и его гомологи легко окисляются, например, перманганатом калия. При этом раствор последнего (в кислой среде) обесцвечивается:
СН2=СН2 +[О] + Н2О >НО—СН2—СН2—ОН
Этиленгликоль широко применяется для производства труднозамерзающих жидкостей — антифризов, а также синтетического волокна лавсана, взрывчатых веществ и др.
3. Реакции полимеризации.
§ При повышенной температуре и давлении или в присутствии катализаторов молекулы этилена соединяются друг с другом вследствие разрыва двойной связи.
Процесс соединения многих одинаковых молекул в более крупные называется реакцией полимеризации. Полимеризацией этилена и его гомологов получают полиэтилен, полипропилен и многие другие.
1.5 Получение этилена
1) Этилен в лаборатории получают при нагревании смеси этилового спирта с концентрированной серной кислотой;
2) Углеводороды ряда этилена можно получить также дегидрированием предельных углеводородов;
3) На производстве этилен получают из природного газа и в процессе крекинга нефти;
4) Углеводороды ряда этилена можно получить при взаимодействии дигалогенопроизводных предельных углеводородов с металлам;
5) При действии спиртовых растворов щелочей на галогенопроизводные отщепляется галогеноводород и образуется углеводород с двойной связью.
Этилен используют для ускорения созревания плодов (например, помидоров, дынь, апельсинов, мандаринов, лимонов, бананов), дефолиации растений, снижения предуборочного опадения плодов, для уменьшения прочности прикрепления плодов к материнским растениям, что облегчает механизированную уборку урожая. В высоких концентрациях этилен оказывает на человека и животных наркотическое действие.
Водам (оксид водорода) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки).
Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).
Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.
Вода обладает рядом необычных особенностей:
ь При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/смі). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
ь При нагревании от 0 °C до 4 °C (3,98 °C — точно) вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода, как менее плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.
ь Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
ь Высокая теплоёмкость жидкой воды.
ь Высокая вязкость.
ь Высокое поверхностное натяжение.
ь Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.
Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.
В воде практически всегда растворены те или иные соли, то есть в ней присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество.
Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор.
Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта.
Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты.
2. Расчетная часть
2.1 Нахождение теплового эффекта реакции
Тепловым эффектом химической реакции называется теплота выделенная или поглощенная в результате протекания химической реакции и равная:
— в изобарно-изотермических условиях изменению энтальпии, если совершается только работа расширения;
— в изохорно-изотермических условиях изменению внутренней энергии, если не совершается никаких видов работ.
2.2 Расчет изменения энтропии химической реакции
Степень беспорядка, или неупорядоченности, в системе характеризуется физическим свойством, называемым энтропией. При переходе системы из более упорядоченного в менее упорядоченное состояние величина энтропии возрастает (S > 0)
2.3 Определение возможности протекания реакции
Протекание реакции в прямом направлении при стандартной температуре = 298 К невозможно, реакция протекает в обратном направлении т.к. свободная энергия Гиббса
Реакция при температуре = 500 К протекает в прямом направлении т.к. свободная энергия Гиббса
2.4 Расчет при температуре используя метод Темкина — Шварцмана
Из графика видно, что протекание реакции в прямом направлении становится возможным когда температура достигнет приблизительно 345 К.
2.5 Расчет константы равновесия
Константа равновесия характеризует глубину протекания реакции. Если >1, то содержание продуктов превышает содержание реагентов и реакция идет в прямом направлении. Если значение велико, то реагенты почти нацело превращаются в продукты реакции.
По итогам проделанной работы можно сделать следующие выводы:
ь При стандартной температуре = 298К, а также и при Т = 500К, реакция протекает с поглощением теплоты и носит название эндотермической реакции т.к.
ь Опираясь на полученные значения энтропии
из чего следует, что при Т = 1000К система менее упорядочена (атомы и молекулы в веществе двигаются более хаотично), чем при Т = 298К.
ь Протекание реакции в прямом направлении при стандартной температуре = 298 К невозможно, реакция протекает в обратном направлении т.к. свободная энергия Гиббса
Реакция при температуре = 345 К и выше протекает в прямом направлении, что видно не только благодаря графику, но и подтверждается найденными значениями свободных энергий Гиббса:
1. Гаммет Л. «Основы физической органической химии» М.: Мир 1972г.
2. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х., «Органическая химия» М.: Мир 1979г.
3. Герасимов Я.И., Древинг В.П., Еремин Е.Н., Кисилев А.В., Лебедев «Курс физической химии» т.1 М.: Химия 1973г.
4. Драго Р. «Физические методы в химии» М.: Мир 1981г.
5. Глинка Н.Л. «Общая химия»
6. Кузнецова Т.А., Воропаева Т.К. «Методические указания к выполнению курсовой работы по химии для студентов специальности — Экономика и управление на предприятиях химической промышленности»
7. Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой — СПб.: «Иван Федоров», 2003.-240с., ил.
При нагревании водорода и хлора в закрытом сосуде обратимо протекает реакция по уравнению: H2+Cl2⇆2HCl. Равновесная смесь
Ваш ответ
решение вопроса
Похожие вопросы
- Все категории
- экономические 43,298
- гуманитарные 33,622
- юридические 17,900
- школьный раздел 607,232
- разное 16,830
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Методические рекомендации к решению расчетных задач по химии (урок «Скорость химических реакций» )
Разделы: Химия
Тема: “Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химических реакций”.
Цель: Дать понятия о скорости химических реакций и единицах ее измерения. Показать влияние на скорость реакций таких факторов, как природа реагирующих веществ, их концентрация, площадь соприкосновения и температура. Познакомить с классификацией химических реакций по признаку фазности (агрегатного состояния): гомо- и гетерогенные. Обобщение и закрепление пройденного материала проводится в ходе решения расчетных задач по этой теме.
Учение о скоростях химических реакций называется химической кинетикой.
Рассмотрим некоторые понятия, которые используются в химической кинетике.
Система в химии – рассматриваемое вещество или совокупность реагирующих веществ.
Фаза – часть системы, которая отделена от других частей поверхностью раздела.
Химические реакции
гомогенные
гетерогенные
Реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одной фазе.
HCl (ж) + NaOH (ж) > NaCl (ж) + H2O
Реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных фазах.
Zn (тв) + 2HCl (ж) = ZnCl2 (ж) + H2^(г)
Скорость химических реакций
гомогенные
гетерогенные
Скорость гомогенной химической реакции равна изменению концентрации какого-либо из веществ, участвующих в реакции, в единицу времени.
Скорость гетерогенной реакции равна изменению количества вещества, которое вступает в реакцию или образуется в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз .
Обобщение и систематизация материала идет в форме медиалекции, в ходе которой ученики отвечают на вопрос, какие факторы влияют на скорость химической реакции.
Математическая страничка
; 
; 
;
; 
; 
;
.
Решение расчетных задач.
Задача № 1. В некоторый момент времени концентрация хлора в сосуде, в котором протекает реакция H2 + Cl2 = 2HCl, была равна 0,06 моль/л. Через 5 сек концентрация хлора составила 0,02 моль/л. Чему равна средняя скорость данной реакции в указанный промежуток времени?
Решение:
?t = 5 сек
Ответ: V = 0,008 моль/л.с.
Задача № 2. Как изменится скорость протекающей в водном растворе реакции FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl при разбавлении реагирующей смеси водой в два раза?
Решение:
Задача № 3. Как изменится скорость реакции при повышении температуры от 55? до 100?С, если температурный коэффициент скорости этой реакции равен 2,5?
Решение:
Ответ: скорость реакции увеличивается в 43,7 раза.
Задача № 4. При повышении температуры на 30?С скорость некоторой реакции увеличивается в 64 раза. Чему равен температурный коэффициент скорости этой реакции?
Решение:
Ответ: температурный коэффициент скорости реакции равен 4.
Закрепление знаний проводится в форме теста
1. Для уменьшения скорости реакции необходимо:
а) увеличить концентрацию реагирующих веществ
б) ввести в систему катализатор
в) повысить температуру
г) понизить температуру
2. С наибольшей скоростью протекает реакция:
а) нейтрализации
б) горение серы в воздухе
в) растворение магния в кислоте
г) восстановление оксида меди водородом
3. Укажите гомогенную реакцию.
4. Укажите гетерогенную реакцию.
5. Отметьте, какая реакция является одновременно гомогенной и каталитической.
6. Укажите, как изменится скорость бимолекулярной газовой реакции
2NO2=N2O4 при увеличении концентрации NO2 в три раза.
а) увеличится в 3 раза;
б) уменьшится в 6 раз;
в) увеличится в 9 раз;
г) увеличится в 6 раз.
7. Укажите какому процессу соответствует выражение закона действующих масс для скорости химической реакции V=k[O2] x .
8. Отметьте, скорость какого процесса не изменится, если увеличить давление в реакционном сосуде ( t без изменения ).
9. Рассчитайте, чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при понижении температуры на 40?С её скорость уменьшилась в 81 раз.
10. Перечислите факторы, влияющие на скорость гетерогенных реакций.
http://www.soloby.ru/1095155/%D0%BD%D0%B0%D0%B3%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B8-%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BC%D0%BE-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D0%B5%D1%82-%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8E-%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%BD%D0%B0%D1%8F
http://urok.1sept.ru/articles/414181