Практична частина

Черкаси, 20__.

Лабораторна робота №2

Тема: Термодинаміка хімічної рівноваги

Мета роботи: Виміряти тиск дисоціації при температурах 90⁰С, 100⁰С, 110⁰С і обчислити К_р для цих температур. Обчислити зміну ентропії реакції. Зробити висновки про напрямок зміщення рівноваги в системі при зміні температури та тиску.

Теоретична частина.

Можливість самочинного перебігу хімічної реакції визначається знаком зміни ізобарно-ізотермічного потенціалу (енергія Гіббса) DG_т. Для реакції типу:

(1)

при сталому тиску та температурі DG_т визначають за рівнянням ізотер­ми реакції:

(2)

де: n_і - стехіометричний коефіцієнт і -го учасника реакції;

а_і - активність і -го учасника реакції у вихідному стані, моль/м³;

lnК - логарифм константи рівноваги при даній температурі.

Якщo DG_т < 0, самочинно протікатиме пряма реакція, апри DG_т > 0 - зворотна. ЯкщоDG_т = 0 швидкості прямої і зворотної реакцій одна­кові. За стандартних умов, коли активності всіх учасників реакції дорівнюють одиниці, між константою рівноваги реакції і величиною DG_т існує залежність:

DG_т = -RT × lnK_a(3)

або для ідеальних газових систем:

DG_т = -RT × lnK_p (4)

Якщо величина K_a або К_p визначена експериментальне, то, інтегруючи рівняння ізобари:

(5)

де: DН - зміна ентальпії реакції, Дж/моль

R - універсальна газова стала, 8.З14 Дж/моль×К

Т - температура, К

від К₁ при Т₁ до К₂ при Т₂, припустивши незалежність DН від Т (що справедливо для вузького температурного інтервалу) одержимо:

(6)

Зміна ентальпії пов'язана зі зміною ізобарно-ізотермічного по­тенціалу рівняннями другого закону термодинаміки:

DH = DG + TDS (7)

де: DS - зміна ентропії реакції, Дж/моль×К

( 8 )

Практична частина.

Визначення тиску дисоціації у системі при різних температурах.

Термічна дисоціація гідрокарбонату натрію.

Гідрокарбонат натрію NaHCO₃ при температурі понад 70⁰С розкла­дається з виділенням CO₂ і H_2­О. Якщо розклад солі відбувається у замкнутому об'ємі, то в системі встановлюється рівновага:

2NaHCO₃ Û Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Оскільки активності кристалічних речовин за визначенням дорівнюють одиниці

a(NaHCO₃) = a(Na₂CO₃) = 1,

то К_р = Р(СО₂) × Р(Н₂О)

Загальний тиск виділених у реакції газів називається тиском дисоці­ації. Вимірявши його, можна обчислити парціальні тиски та константу рівноваги:

Р_д = Р(СО₂) + Р(Н₂О)

Р(СО₂) = Р(Н₂О) = ½ Р_д

К_р = (½ Р_д)²

Установка (рис.1) складається з гліцеринового нагрівника (1), інтенсивність нагріву якого регулюється ЛАТР-ом ( 2 ), колби з гідрокарбонатом, зануреної в нагрівник і приєднаної до вакуумметра (3). Сис­тема може сполучатись з атмосферою або приєднуватися до вакуум-насосу через кран (4), вимірювання температу­ри здійснюється ртутним термометром(5), мішалка (6) забезпечує рівномірність обігріву. Для вимірювання тиску дисо­ціації слід занурити колбу з гідрокар­бонатом у гліцерин, приєднати насос і ретельно викачати повітря із системи.

Необхідно підключити установку до електромережі, увімкнути її, вста­новити стрілку вольтметра на ЛАТР-і на поділку 200В, підігріти до 80⁰С. Потім зменшити напругу до 50-70В і домогтись підтри­мання заданої температури з точністю ±1⁰С, змінюючи напругу на на­грівнику в невеликих межах. Подальше завдання полягає у підтриман­ні заданої температури.

Після встановлення в системі рівноваги, про що свідчитимуть ста­лі покази вакуумметра, записати значення тиску та температури. Тиск дисоціації дорівнює:

Р_д = Р_б – Р_в (9)

де Р_д - тиск дисоціації, Па

Р_б - покази барометра х 133.3, Па

Р_в - покази вакуумметра х 9.8 × 10⁴, Па

Поиск по сайту: