Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1

Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1

Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 1
[Imię, nazwisko, grupa]
1
prowadzący
1. Obliczyć zmianę entalpii dla izobarycznej (p = 1 bar) reakcji chemicznej zapoczątkowanej przez
zmieszanie substratów w ilościach molowych wynikających z równania i zachodzącej do końca
(substraty zamieniają się całkowicie w produkty). Porównać ten wynik z wartością entalpii
policzoną dla T = 298 K na podstawie średnich termochemicznych energii wiązań.
Uwaga! Można wybrać reagenty ciekłe lub stałe pod warunkiem, że w Tablicach dostępna jest
entalpia parowania albo sublimacji.
1. Zaproponować dowolną reakcję chemiczną zawierającą co najmniej dwa substraty i co najmniej
dwa produkty.
reakcja:
2. Wybrać temperaturę końcową (T1) i początkową (T2) procesu (T1 < T2, T1 ≠ T2 )
T1 =
T2 =
3. Wypisać potrzebne dane termodynamiczne z Tablic, pamiętając o jednostkach
reagent
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 1
2
4. Napisać wyrażenie na sumaryczną zmianę entalpii, uwzględniając reakcję przeprowadzoną w T =
298 K oraz odpowiednie zmiany entalpii substratów i produktów. Używać indeksów odnoszących się
do konkretnych reagentów według schematu „1” – pierwszy reagent, … itd.
∆H =
5. Obliczyć standardową entalpię reakcji dla T = 298 K.
∆H0 =
∆H0 =
6. Podstawić liczby pod symbole z pkt. 4, uwzględniając jednostki.
∆H =
7. Podać wynik końcowy.
∆H =
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 1
3
8. Napisać wyrażenie na zmianę energii dla reakcji w T = 298 K, z wykorzystaniem średnich
termochemicznych energii wiązań.
∆H(298) ≈ ∆E =
9. Podstawić odpowiednie wartości.
∆H(298) ≈ ∆E =
10. Podać wynik końcowy.
∆H(298) ≈ ∆E =
11. Porównać wyniki z pkt. 5 i 10.
Błąd względny posługiwania się metodą średnich
termochemicznych energii wiązań wynosi:
∆(∆H) =
%
data i podpis
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 2
prowadzący
[Imię, nazwisko, grupa]
1. Dla dowolnego gazu, którego dane znajdują się w Tablicach i przemiany
(1)
(2)
(p1 < 10 bar, V1, T1) → (p2 < 10 bar ≠ p1, T1) → (p2 < 10 bar ≠ p1, T2 ≠ T1)
obliczyć
1.1. zmianę entalpii i entropii;
1.2. sumaryczny efekt cieplny jeśli pierwszy proces odbywa się:
1.2.1. odwracalnie
1.2.2. przy stałym ciśnieniu zewnętrznym p2.
2. Dane wejściowe.
gaz:
T1 =
T2 =
p1 =
3. Obliczyć liczbę moli gazu
n=
n=
p2 =
V1 =
4
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 2
4. Obliczyć zmianę entalpii.
Pochodna dla etapu (1) →
∆H1 =
∆H1 =
Pochodna dla etapu (2) →
∆H2 =
∆H2 =
∆H = ∆H1 + ∆H2 =
5
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 2
5. Obliczyć zmianę entropii.
Pochodna dla etapu (1) →
∆S1 =
∆S1 =
Pochodna dla etapu (2) →
∆S2 =
∆S2 =
∆S = ∆S1 + ∆S2 =
6
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 2
6. Obliczyć pracę dla etapu (1)
6.1. Proces odwracalny (a)
dw =
dw1(a) =
w1(a) =
w1(a) =
6.2. Proces nieodwracalny (b)
dw =
dw1(b) =
w1(b) =
w1(b) =
7. Porównać w1(a) z w1(b).
w1(a) …… w1(b)
Czy tego należało oczekiwać? …………….
8. Obliczyć zmianę energii wewnętrznej dla etapu (1)
∆U1 =
7
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 2
8
9. Obliczyć efekt cieplny dla etapu (1) (przemiana odwracalna - a)
Q1(a) =
Q1(a) =
10. Sprawdzić, czy tę samą wartość otrzyma się wykorzystując związek pomiędzy ciepłem w
przemianie odwracalnej a zmianą entropii.
Q1(a) =
Q1(a) =
Czy obliczone wartości efektu cieplnego są takie same ?
…………………………
11. Obliczyć efekt cieplny dla etapu (1) (przemiana nieodwracalna - b)
Q1(b) =
Q1(b) =
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 2
12. Obliczyć efekt cieplny dla etapu (2).
Q2 =
Q2 =
13. Obliczyć sumaryczny efekt cieplny
Q = Q1 + Q2 =
data i podpis
9
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 3
10
prowadzący
[Imię, nazwisko, grupa]
1. Dla dowolnej czystej substancji, dla której w Tablicach znajdują się wartości gęstości ciała
stałego i cieczy w normalnej temperaturze topnienia, obliczyć:
1.1. temperaturę topnienia pod ciśnieniem 250 > p1/bar > 50;
1.2. temperaturę wrzenia pod ciśnieniem 0,1 > p2/bar > 5;
1.3. entalpię parowania pod ciśnieniem p2.
2. Dane wejściowe.
masa molowa =
substancja:
p1 =
p2 =
3. Obliczyć temperaturę topnienia.
3.1. Przekształcić równanie Clapeyrona
Równanie Clapeyrona:
Ttop =
3.2. Wykonać obliczenia
Ttop(p1) =
Ttop(p1) =
ρc =
ρs =
Ttop(p = 1 atm) =
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 3
11
3.3. Porównać wynik z normalną temperaturą topnienia.
Czy obliczona temperatura topnienia jest wyższa od normalnej temperatury topnienia? ………….
Czy tak powinno być ? …………………………………………
4. Sprawdzić, czy wybrane ciśnienie p2 zawiera się pomiędzy ciśnieniem punktu potrójnego
a ciśnieniem krytycznym.
pk =
stałe równania Antoine’a: A =
;B=
p3 =
Jeśli p2 > pk albo p2 < p3 – wybierz nową wartość p2
5. Obliczyć temperaturę wrzenia pod ciśnieniem p2.
lnp =
T=
T=
Tw (p2) =
;C=
Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 3
12
6. Oszacować entalpię parowania w temperaturze Tw(p2)
Równanie Clapeyrona:
Napisać założenia upraszczające:
∆Hpar =
∆Hpar =
∆Hpar (p2) =
Czy obliczona entalpia parowania jest wyższa czy niższa od entalpii parowania w normalnej
temperaturze wrzenia? ………
Czy tak powinno być ? …………………………………………
data i podpis