фз-хим / Задания для практических занятий
.docМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю. А.
Физико-химические основы
теплотехнических, теплоэнергетических
и теплотехнологических процессов
Методические указания
и контрольные задания для бакалавров
направления 140100.62 "Теплоэнергетика и теплотехника"
дневной формы обучения
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов – 2014
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
Составители: Агеев Михаил Александрович, Мракин Антон Николаевич
Под редакцией: М. А. Агеева
Рецензент:
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77
Научно-техническая библиотека СГТУ
тел. 99-86-55, 99-86-56
http://lib.sstu.ru
Регистрационный
номер
© Саратовский государственный
технический университет, 2014
ВВЕДЕНИЕ
В XVII и XVIII столетиях между физикой и химией проводилась резкая граница, и все явления природы четко делились на физические и химические. Однако в XIX веке, особенно во второй его половине, постепенно становилось все более ясным, что невозможно установить определенные границы между этими науками, так как нельзя отделить физические явления от химических.
Химические реакции всегда связаны с разнообразными физическими процессами: выделением или поглощением тепла, излучением или поглощением электромагнитных колебаний, возникновением электрического тока при прохождении реакции в гальваническом элементе, протеканием химических реакций и т.д.
Физическая химия уделяет главное внимание исследованию законов протекания химических процессов во времени и законов химического равновесия. Основная общая задача физической химии – предсказание временного хода химического процесса и конечного состояния (состояния равновесия) в различных условиях на основании данных о строении и свойствах молекул веществ, составляющих изучаемую систему.
Велико и постоянно возрастает значение физико-химических исследований в развитии химической промышленности (основной органический и неорганический синтез, нефтехимия, производство пластических масс и химического волокна и др.) и многих других отраслей (металлургия, нефтяная промышленность, производство полупроводников, разработка химических источников тока и т.д.).
Такие важнейшие производственные процессы в химической технологии, как синтез и окисление аммиака, контактное получение серной кислоты, производство этанола из природного газа, крекинг нефти, получение чугуна в доменных печах, производство алюминия и многие другие, всецело основаны на результатах физико-химического исследования реакций, лежащих в основе этих процессов.
Цель преподавания дисциплины “Физико-химические основы теплотехнических, теплоэнергетических и теплотехнологических процессов” является изучение общих законов и принципов теплотехнологических процессов для последующего проектирования и эксплуатации теплотехнологических установок в основных отраслях промышленности.
Задачи изучения дисциплины состоят в понимание физико-химических основ теплотехнологических процессов и изучение вопросов равновесия и кинетики химических процессов, протекающих в теплотехнологическом оборудовании промышленных предприятий, а также методов расчета физико-химических параметров веществ и процессов и основ кинетических закономерностей протекания гомогенных и гетерогенных физико-химических процессов.
Задача №1: Вычислить тепловой эффект реакции А при Р=const при 298 К и температуре Т. Тепловые эффекты образования веществ взять из справочника [1].
1. Определить тепловой эффект химической реакции "А" при температуре Т.
2. Рассчитать термодинамический потенциал реакции "А" и сделать вывод о направлении процесса.
3. Определить константу равновесия реакции "А".
Таблица 1
|
№ варианта |
Реакция А |
Т, К |
|
1 |
|
800 |
|
2 |
|
750 |
|
3 |
|
455 |
|
4 |
|
1300 |
|
5 |
|
1000 |
|
6 |
|
700 |
|
7 |
|
400 |
|
8 |
|
500 |
|
9 |
|
1000 |
|
10 |
|
500 |
|
11 |
|
1000 |
|
12 |
|
900 |
|
13 |
|
700 |
|
14 |
|
400 |
|
15 |
|
1000 |
|
16 |
|
900 |
|
17 |
|
400 |
|
18 |
|
1200 |
|
19 |
|
1000 |
|
20 |
|
700 |
|
21 |
|
900 |
|
22 |
|
400 |
|
23 |
|
400 |
|
24 |
|
500 |
|
25 |
|
600 |
Задача №2: Дана зависимость состава жидкой фазы и находящегося с ней в равновесии пара от температуры для двухкомпонентной жидкой системы А-В при постоянном давлении. Молярный состав жидкой фазы x и насыщенного пара у выражен в процентах вещества А. По приведенным данным в таблицах 2 и 3 выполнить следующие задания:
1. построить график зависимости состава пара от состава жидкой фазы при постоянном давлении;
2. построить диаграмму кипения системы А-В;
3. определить температуру кипения системы с молярной долей а % вещества А;
4. определить состав пара, находящегося в равновесии с жидкой фазой, кипящей при температуре Т1;
5. какой компонент и в каком количестве может быть выделен из системы, состоящей из b кг вещества А и с кг вещества В.
Таблица 2
|
№ варианта |
Система |
|
Молярная доля А, % |
Т, К |
|
|
х-жидкая фаза |
у-паровая фаза |
||||
|
1 |
А- В- |
10,133 |
0,0 8,4 12,3 22,1 30,8 38,3 40,2 46,5 53,0 61,5 100,0 |
0,0 0,6 1,8 6,6 16,6 38,3 60,2 75,9 89,1 92,1 100,0 |
373 379,5 385 391,5 394,6 394,9 394,0 391,0 385 372 357 |
|
2 |
А- В- |
10,79 |
0,0 10,0 20,0 33,3 40,0 50,0 60,0 100,0 |
0,0 3,0 8,0 34,0 47,0 82,0 96,0 100,0 |
391,1 395,1 399,5 401,6 400,3 393,3 378,0 358,3 |
|
3 |
А- В- |
10,133 |
4,95 9,2 18,9 22,8 27,9 33,8 34,4 35,8 39,7 44,4 50,3 52,2 56,0 58,2 61,7 79,8 87,9 100,0 |
0,8 1,8 6,4 10,6 17,8 30,5 32,1 35,8 47,5 63,3 81,0 86,2 92,2 95,8 98,9 99,2 99,5 100,0 |
374,6 375,8 379,8 381,4 383,3 384,7 385,0 385,4 384,4 381,7 374,7 371,9 365,9 359,6 352,0 318,1 306,5 292,4 |
|
4 |
А-
В- (фурфурол) |
10,133 |
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 20,0 30,0 50,0 90,8 96,0 98,0 99,0 100,0 |
0,0 10,0 19,0 36,0 68,0 81,1 89,0 90,5 90,8 90,8 90,8 92,0 94,5 100,0 |
435,0 431,8 427,8 419,0 395,5 382,5 373,6 371,7 370,9 370,9 370,9 371,1 371,6 373 |
|
5 |
А-
В- (н-бутиловый спирт) |
10,133 |
3,9 4,7 5,5 7,0 25,7 27,5 29,2 30,5 49,6 50,6 55,2 57,7 97,5 98,0 98,8 99,2 99,4 99,7 99,9 |
26,7 29,9 32,3 35,2 62,9 64,1 65,5 66,2 73,6 74,0 75,0 75,0 75,2 75,6 80,8 84,3 88,4 92,9 98,1 |
384,5 383,6 382,6 381,8 370,9 370,2 369,7 369,3 366,5 366,4 365,9 365,8 365,7 366,0 366,7 368,4 369,8 371,7 372,5 |
|
6 |
А-
В- (изо-бутиловый спирт) |
10,133 |
13,5 15,0 15,9 17,2 39,7 40,5 56,4 60,5 67,0 97,5 97,8 98,6 99,1 99,8 |
40,1 42,0 43,7 44,6 62,6 63,3 66,0 66,7 67,0 67,2 67,3 71,4 78,2 95,7 |
370,8 370,1 369,6 369,0 363,3 363,2 362,5 362,4 362,2 362,5 363,1 364,5 366,4 371,9 |
|
7 |
А-
В- (2-метил-3-бутил-2-ол) |
10,246 |
0,0 18,9 34,2 53,8 66,7 75,7 82,4 87,5 91,6 94,9 97,7 99,5 100,0 |
0,0 42,7 55,3 63,4 65,7 66,9 67,5 68,1 69,1 70,3 75,7 91,0 100,0 |
377,5 367,8 365,3 364,3 364,1 364,2 364,25 364,3 364,4 364,8 366,4 369,0 373,3 |
|
8 |
А-
В-
|
10,133 |
0,0 1,9 4,8 13,4 18,6 29,1 38,0 44,8 53,6 65,3 78,9 87,9 96,8 100,0 |
0,0 8,3 18,5 35,1 44,3 52,8 57,4 59,8 62,7 66,1 70,5 76,0 88,6 100,0 |
329,2 327,0 324,4 319,6 317,0 314,4 313,3 312,8 312,3 312,1 312,3 3131,5 316,5 319,3 |
|
9 |
А- В-CC |
10,133 |
0,0 0,2 0,4 1,3 1,7 3,0 5,1 10,7 12,4 24,8 40,1 45,3 55,0 56,6 72,5 76,4 81,3 83,3 88,3 91,8 94,8 97,9 99,3 100,0 |
0,0 2,0 12,0 24,2 26,4 38,3 44,5 49,5 50,0 52,2 53,7 54,1 55,2 55,2 59,1 60,3 63,0 64,9 69,6 75,3 82,3 91,0 96,7 100,0 |
349,7 349,1 345,4 340,6 339,9 335,0 332,4 330,2 330,0 329,3 328,8 328,8 327,7 328,7 329,0 329,4 329,8 330,1 331,2 332,5 333,9 335,8 337,1 337,7 |
|
10 |
А- В- |
9,67 |
0,0 2,4 3,6 4,7 5,9 6,3 9,2 24,9 64,5 78,5 84,7 90,2 94,1 98,3 100,0 |
0,0 17,5 30,1 43,5 51,1 53,4 54,6 59,9 64,5 66,5 71,3 77,1 84,4 93,6 100,0 |
351,6 341,2 336,9 333,3 330,7 330,3 329,8 329,4 329,4 329,9 330,6 330,3 332,6 334,9 336,1 |
|
11 |
А- В- |
10,133 |
0,0 2,8 5,0 5,7 9,0 11,8 27,0 44,0 58,6 69,5 81,7 88,3 90,2 94,5 96,8 98,8 |
0,0 31,0 39,5 42,0 48,5 56,5 57,5 58,6 61,0 62,5 65,5 70,0 73,0 82,2 90,0 94,2 |
363,2 342,4 339,8 338,7 334,4 332,0 331,0 330,8 330,7 330,6 331,1 331,9 332,9 333,2 335,4 336,4 |
|
12 |
А- В- |
10,0 |
0,0 4,0 15,9 29,8 42,1 53,7 62,9 71,8 79,8 87,2 93,9 100,0 |
0,0 15,1 35,3 40,5 43,6 46,6 50,5 54,9 60,6 68,3 78,7 100,0 |
352,8 348,2 342,5 341,5 340,8 341,0 341,4 342,0 343,3 344,8 347,4 351,1 |
|
13 |
А- В- |
10,133 |
0,0 4,8 17,6 28,0 40,0 60,0 80,0 90,0 99,0 100,0 |
0,0 14,0 31,7 42,0 51,6 65,6 80,0 94,0 97,0 100,0 |
337,7 335,9 333,1 331,3 330,2 329,1 328,6 328,8 329,1 329,5 |
|
14 |
А- В- |
9,76 |
0,0 7,9 14,3 18,6 26,6 39,4 46,2 53,6 61,8 71,5 77,0 82,1 91,5 100,0 |
0,0 6,0 11,6 16,0 23,5 39,4 52,0 59,8 69,8 79,2 84,8 90,1 95,4 100,0 |
332,9 333,3 334,2 334,8 335,2 335,4 335,0 334,3 333,3 331,9 331,2 330,2 329,0 328,2 |
|
15 |
А- В- |
10,0 |
0,0 18,6 34,0 46,8 57,8 67,3 75,5 82,7 89,2 94,9 100,0 |
0,0 10,3 31,8 51,5 65,2 75,7 83,2 89,0 93,6 97,3 100,0 |
334,3 336,0 336,8 336,4 335,2 334,0 332,9 331,8 330,8 330,0 329,0 |
|
16 |
А- В- |
10,133 |
0,0 1,0 2,0 4,0 6,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 85,0 90,0 96,0 100,0 |
0,0 11,0 21,6 32,0 35,1 37,2 39,2 40,4 42,4 45,2 49,2 55,1 64,1 70,4 77,8 90,0 100,0 |
373,0 368,0 365,0 363,5 362,3 361,5 361,1 360,9 360,8 360,9 361,3 362,0 363,5 364,5 365,8 367,0 370,3 |
|
17 |
А- (диэтиловый эфир)
В- (бутилацетат) |
0,668 |
0,0 18,0 28,2 35,5 37,0 43,5 59,1 76,5 86,8 92,1 100,0 |
0,0 22,5 32,2 36,3 37,0 41,6 50,4 64,5 75,2 83,3 100,0 |
325,6 324,5 324,1 323,8 323,7 323,8 324,2 325,3 326,5 327,7 329,1 |
|
18 |
А- (диэтиловый эфир)
В- (бутилацетат) |
2,2 |
0,0 16,1 31,3 47,4 61,3 77,7 87,3 100,0 |
0,0 21,0 37,5 47,9 57,8 70,5 80,7 100,0 |
353,6 351,2 349,9 349,4 349,5 350,2 351,3 353,3 |
|
19 |
А- (диэтиловый эфир)
В- (бутилацетат) |
10,133 |
0,0 21,9 37,2 51,4 66,4 72,2 77,9 84,7 89,6 100,0 |
0,0 33,4 48,2 58,0 69,2 74,1 78,6 84,4 88,0 100,0 |
399,0 394,2 391,9 390,9 390,1 389,9 389,8 390,0 390,1 390,5 |
|
20 |
А- В- |
10,1 |
0,0 2,9 6,3 10,3 15,2 21,2 28,7 38,5 51,8 70,72 84,7 100,0 |
0,0 8,3 16,1 24,0 32,3 41,2 48,8 54,2 58,9 67,8 82,3 100,0 |
337,9 337,1 335,4 333,7 332,1 330,5 328,9 327,5 326,7 326,7 330,0 334,4 |
|
21 |
А- В- |
9,93 |
0,0 3,2 7,0 11,4 16,6 23,0 31,0 41,1 55,67 63,0 72,9 89,0 100,0 |
0,0 16,6 26,5 35,4 43,5 49,8 53,6 56,9 59,7 63,0 66,9 84,0 100,0 |
350,9 347,8 345,4 343,3 341,4 339,6 338,3 337,4 336,9 336,6 337,3 343,0 348,9 |
|
22 |
А- В- |
9,14 |
0,0 0,5 7,3 15,9 28,0 35,2 42,9 51,3 57,2 58,8 61,3 69,3 79,2 89,4 100,0 |
0,0 0,8 10,0 20,2 32,4 38,9 45,9 52,8 57,7 48,7 61,0 67,5 76,5 87,1 100,0 |
347,1 347,0 346,3 345,8 345,2 344,9 344,7 344,6 344,6 344,6 344,6 344,8 345,1 345,6 346,4 |
|
23 |
А-
В- (изо-бутиловый спирт |
10,133 |
0,0 6,6 11,4 15,0 21,1 33,3 35,5 44,1 55,0 58,8 63,8 68,2 76,2 80,3 84,4 87,0 89,7 96,5 100,0 |
0,0 13,1 21,8 26,7 33,4 42,1 44,2 48,0 53,6 54,4 57,0 59,8 64,1 67,4 71,2 73,6 77,3 87,0 100,0 |
381,0 378,2 376,6 375,8 374,9 374,2 374,1 373,8 373,5 373,6 373,4 374,4 374,9 375,5 376,3 376,8 377,7 380,2 383,4 |
|
24 |
А- (транс-дихлорэтан В- |
10,133 |
0,0 0,7 2,1 2,8 5,8 11,2 13,4 18,7 24,6 29,4 34,3 43,8 73,7 76,9 88,6 95,5 98,7 99,6 100,0 |
0,0 5,1 13,8 16,8 30,4 45,2 48,5 53,8 59,3 65,3 68,0 72,8 76,0 76,9 79,0 83,0 90,6 94,4 100,0 |
337,6 336,4 339,9 333,5 329,5 325,3 324,1 321,0 319,0 317,8 317,3 316,0 315,0 314,9 315,3 316,1 317,8 319,0 321,3 |
|
25 |
А- (цис-дихлорэтан В- |
10,133 |
0,0 2,9 4,8 7,0 13,6 16,9 19,6 25,9 31,4 36,5 40,0 42,6 51,3 57,1 65,1 70,5 85,0 91,6 98,6 99,6 99,8 100,0 |
0,0 8,9 13,7 18,7 33,1 37,1 39,1 45,4 50,4 53,9 55,9 57,6 60,9 63,4 65,1 65,5 70,8 74,0 84,0 87,3 93,9 100,0 |
337,6 336,3 334,8 333,6 331,0 329,9 329,0 327,5 326,7 326,1 325,6 325,4 325,0 324,8 324,5 324,8 325,5 325,9 328,4 329,3 330,8 333,3 |
