Контрольная Химия, вариант 4, номер: 243726

"Задание 1.1. Термодинамический расчет константы равновесия химической реакции, состава равновесной системы и выхода продукта
Для реакции (табл. 1) рассчитайте выход продукта при следующих условиях:
а) температура 25°С; давление 1 атм.;
б) температура 25°С; давление 100 атм.;
в) температура 500°С; давление 1 атм.;
г) температура 500°С; давление 100 атм.;
Соотношение молей реагентов в исходной газовой смеси примите равным стехиометрическому. Выход реакции выразите в молярных долях (или мол. %) продукта в равновесной газовой смеси. Сделайте вывод о влиянии температуры и давления на выход продукта реакции.
Примечание: при вычислении изменения энергии Гиббса реакции (DG0T) при температуре T необходимо учесть зависимость DH0T и DS0T от температуры. Справочные величины, необходимые для расчетов, возьмите в табл. 2.
Таблица 1
Номер варианта Реакция
4 N2(г) + O2(г) = 2NO(г)
Энтальпии образования веществ, стандартные
энтропии, температурные коэффициенты в уравнении теплоемкости
Формула для вычисления теплоемкости Ср0 = а + bТ + с1Т –2
Вещество
Н0f,298,
S0298,
Коэффициенты уравнения
С0P = f (T),
Температурный интервал, К
а b103 с110–5
NO(г) 91,26 210,64 29,58 3,85 –0,59 298 – 2500
N2(г) 0 191,50 27,88 4,27 – 298 – 2500
O2(г) 0 205,04 31,46 3,39 –3,77 298 – 3000

Задание 1.2. Расчеты равновесий в металлических растворах
При окислительном рафинировании легированной стали, содержащей С, Cr и Ni, происходят реакции окисления данных компонентов:
2[С] + О2(г) = 2СО(г); ΔG = –229030 – 172,13•T (Дж)
4/3[Сr] + О2(г) = 2/3 [Cr2O3]; ΔG = –754540 – 171,15•T (Дж)
2[Ni] + О2(г) = 2[NiO]; ΔG = –507520 – 190,46•T (Дж)
Рассчитайте:
1. Активности компонентов легированной стали данного состава (табл. 3) с использованием мольных параметров взаимодействия (табл. 4).
2. Константы равновесий данных реакций при температуре 1600°С.
3. Для каждой реакции напишите выражения для констант равновесия и рассчитайте равновесное парциальное давление кислорода.
Примечание: примите активности оксидов металлов равными 1; в первой реакции считайте общее давление газов равным 1 атм.
Таблица 3
Номер
варианта Состав стали, мас. %
С
Cr Ni
4 0,2 10 10
Таблица 4
Мольные параметры взаимодействия: ,
i/j Сr Ni C ln
Сr 0 0 –5,1 0,134
Ni 0 0,01 2,9 –0,437
C –5,1 2,9 11 –0,562

Задание 2.1. Кинетика реакций, лимитируемых поверхностными процессами

В табл. 5 приведены результаты экспериментального изучения процесса восстановления порошкообразного оксида меди (II) водородом при различных температурах. Проверьте применимость модели зародышеобразования и роста зародышей (уравнения Ерофеева) к экспериментальным данным. Определите кинетические параметры (k и n) уравнения Ерофеева. Рассчитайте энергию активации процесса.

Таблица 5
Номер
варианта;
температура Время t, мин Степень превращения α
при температуре
Т1 Т2
4
Т1 = 133,5°С
Т2 = 145°С
5
10
15
20
25
30
40
50
55
60
80
90
100
120 –
0,04
0,08
0,11
0,18
0,25
0,38
0,50
0,53
0,60
0,75
0,80
0,83
0,90 0,05
0,10
0,20
0,32
0,46
0,55
0,72
0,84
0,89
0,91
–
–
–
–

Задание 2. В табл. 6 приведены результаты экспериментального изучения процесса окисления кремния на воздухе. Проверьте применимость параболического закона к данному процессу и докажите, что он является диффузионно-лимитируемым. Определите параболические константы скорости при каждой температуре в мг2/(ч•см4) и в см2/ч, рассчитайте энергию активации. В каждом случае поверхность образца составляла 10,13 см2, плотность оксида кремния равна 2,6 г/см3.



Таблица 6
Номер
варианта;
температура Время t, час Изменение массы Δm, мг
при температуре
Т1 Т2
4
Т1 = 800°С
Т2 = 1000°С
2,0
3,0
4,0
6,0
27,0
53,0
93,0
95,0 0,0085
0,0180
0,0265
0,0435
0,1355
0,2385
–
0,3520 0,1220
0,1595
0,2020
0,2760
0,5860
–
1,1610
–
"