Контрольная Химия, вариант 5, номер: 243727

"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
5 N2O(г) + NO2(г) = 3NO(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
NO2(г) 34,19 240,06 41,16 11,33 –7,02 298 – 1500
N2O(г) 82,01 219,83 45,69 8,62 –8,53 298 – 2000

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
5 0,4 11 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
5
Т1 = 123,5°С
Т2 = 133,5°С
10
15
20
25
30
40
50
55
60
80
90
100
120 0,02
0,05
0,09
0,12
0,15
0,25
0,33
0,38
0,42
0,59
0,65
0,70
0,78 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

Задание 2.2. Кинетика реакций, лимитируемых диффузией реагента через барьерный слой продукта

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
5
Т1 = 800°С
Т2 = 900°С
1,0
4,0
8,0
21,0
23,0
24,0
26,0
27,0
43,0
53,0
65,0 –
0,0265
0,0495
0,0925
–
0,1120
–
0,1355
–
0,2385
– 0,0720
0,1540
0,1975
–
0,3545
–
0,3750
–
0,4610
–
0,6010
"