Расчёт изменения энергии Гиббса и константы равновесия химической реакции

 

Скачать расчётный файл в формате Excel.

 

Расчёт константы равновесия производится для реакции типа:

aA+bB=cC+dD.

Если же какой-то стехиометрический коэффициент этой реакции приравнять нулю, то мы получим более простую реакцию. Так, если, например, задать стехиометрический коэффициент d=0, то реакция примет такой вид:

aA+bB=cC.

Для осуществления данного расчёта необходимо выписать из таблиц стандартных термодинамических функций: изменения энтальпии DН0298 при образовании веществ - участников реакции и их абсолютные энтропии S0298 при температуре 298 К. В этих же таблицах приведены значения коэффициентов, входящих в уравнения, описывающие температурную зависимость теплоёмкости данного  вещества. В частности в расчёте эти коэффициенты заданы уравнением:

С(Т)=a0+a1×10-3×T+a-2×105×T-2+a2×10-6×T2+a3×10-9×T3                                                                                                                   (1)

Из этого уравнения видно, что табличные множители типа 10-3 уже учтены, и подставлять их в расчётную таблицу не нужно.

Расчёт ведется по  формуле:

                                                                                                                         (2)

 

 

Изменение энтальпии и энтропии для химической реакции находится по следствию из закона Гесса, согласно которому изменение термодинамической функции в результате реакции равно разности сумм этих функций у конечных и начальных продуктов реакции:

                                                                                                                                                              (3)

 

 

Аналогичным образом находится изменение теплоёмкости системы DСр в результате реакции. Но для аналитического интегрирования последних двух слагаемых в уравнении 2 изменение теплоёмкости системы представляют в виде:

Ср(Т)= Da0+Da1×10-3×T+Da-2×105×T-2+Da2×10-6×T2+Da3×10-9×T3                                                                                                    (4)

где Dа0, Dа1, Dа-2, Dа2 и Dа3 находят аналогично уравнениям 2.

Результаты расчёта изменений термодинамических функций и их компонентов в результате реакции сведены в столбце D расчёта. Столбцы  А, B, C и D относятся к соответствующим веществам. Верхняя строка первой расчётной таблицы содержит стехиометрические коэффициенты перед соответствующими веществами в реакции.

Справа от первой таблицы находится характеристика реакции: экзотермическая или эндотермическая и как влияет давление на положение равновесия реакции. Влияние давления верно только в том случае, если в реакции участвуют только газообразные вещества.

Далее во второй таблице можно изменить содержимое столбца заданных для расчёта температур.

Столбцы “Интеграл 1” и “Интеграл 2” означают соответственно первое и второе слагаемое уравнения 2, которые вычисляются по следующим аналитическим формулам:

                        (5)

 

 

                                        (6)

 

 

Столбец “Ст. эн. Гиббса” - это изменение энергии Гиббса реакции, вычисленное без учёта изменения теплоёмкости реакции (так называемое первое приближение Улиха) по формуле:

                                                                                                                                                                    (7)

Столбец “Инт. эн. Гиббса” - это значения изменения энергии Гиббса, вычисленные по формуле 2, т.е. с учётом изменения  теплоёмкости реакции. Столбец “1/Т” - это обратная температура.

Значение константы равновесия вычисляется по уравнению изотермы химической реакции Вант-Гоффа:

                                                                                                                                                                              (8)

 

 

И далее Кр=ехр(lnKp).

Затем строится график зависимости lnKp=f(1/T). Полученная функция аппроксимируется прямой линией, уравнение которой приведено. В этом  приближённом уравнении коэффициент при переменной представляет собой приближённое значение (-DН/R), а свободный член уравнения значение (DS/R). Величина R2, приведённая рядом с уравнением  прямой - это квадрат коэффициента корреляции, который показывает степень тесноты связи между lnKp и 1/Т.

 



Сайт создан в системе uCoz