Определение температуры и состава газовой фазы. Изменение стандартной энергии Гиббса, страница 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 12

Алюминий-магниевые сплавы готовят в печи с магнезитовый футеровкой при температуре 1100 К. Алюминий может взаимодействовать с материалом футеровки по реакции 

Решение

∆G^°_р-ии = ∆G^°_Al2O3 - 3∙∆G^°_MgO = (-1685630 + 326,5∙1100) – 3∙(-728900 + 203,85 ∙1100) =   -1326480 + 3∙504665 = 187515 Дж

lnK = - ∆G / RT = -187515 / 8,31∙1100 = -20,5         К = 10 ^-9

P_Mg = = 9,3∙10 ^-4 атм.

Задача 13

3(NaF) + Аl = 3Na_(пар)+ (AIF₃)

ΔG°_NaF  = - 623650 + 148,1·Т, ΔG°_AlF3 = - 1228370 + 79,3·Т, Дж.

α _NaF = 0,31; α _AlF3 = 10^-3

^{Рекшение}

Вычислим изменение стандартной энергии Гиббса реакции при температуре 1223 К:

ΔG_р-и = ΔG_AlF3 - 3ΔG_NaF = - 1228370 + 79,3·1223 – 3(- 623650 + 148,1·1223) =  196185 Дж/моль

Рассчитаем значение константы равновесия реакции:

lnK =

К = 4·10^-9

Запишем выражение константы равновесия реакции и выразим отсюда Р_Na:

К =

Р_Na = α_NaF

Р_{Na =} 0,31··10^-3 атм.

Задача 14

T = 750 K.

 

Решение

 Определим изменение стандартной энергии Гиббса

– 131670 + 30,67 · 750 + 163020 – 87,95·750 =  = – 11610 Дж/моль.

Вычислим величину константы равновесия реакции

 K = 6.44

Запишем выражение константы равновесия реакции

Найдем термодинамическую активность

 Определим мольную долю

D = b² – 4ac,   ,     ,    

D = 1 – 4 · 9.3 · 10⁴ · (– 0 .394) = 146569

X_Cu =  

X_Pb = 1 – 0.00206 = 0.99794

Определим остаточную концентрацию меди в свинце

Задача 15

2(Cu₂O) + {Cu₂S} = 6[Cu] + SO₂↑

T = 1500 K

Содержание меди Cu в черновой меди не превышает 95% мол.

Сульфидная фаза содержит 92,5% мол. Cu₂S, а оксидная – 81,4% мол. Cu₂O.

Определить давление сернистого газа (SO₂), приняв термодинамические активности равными их мольной доле.

K = 39,25

 атм

32,73 · 760 · 133,32 Па = 3,31 · 10^-6 Па

Задача 16

Частично обожженные свинцовые концентраты подвергаются реакционной плавке с получением чернового свинца:

2(PbO)+[PbS]=3[Pb]+SO₂

Решение:

G⁰_SO2=-361320+72,6*1450=-256050 Дж

 G⁰_PbS=-144210+72,1*1450=-39665 Дж

 G⁰_PbO=-180990+67,97*1450=-82433,5 Дж

 G⁰=-256050+396665+2*82433,5=-51518 Дж

Задача 17

Сера может быть удалена из никеля путем введения магния при температуре 1800 К. Магний, интенсивно испаряясь (Т_{кип Mg} = 1380 К), растворяется в никеле, где протекает реакция:

[Ni₃S₂] + 2[Mg] = 2MgS_(тв) + 3[Ni]

Решение:

∆G^о_{р-ии (1800)} = 2∆G^o_MgS - ∆G^o_Ni3S2 = 2∙(-715 520) + 2∙212,89∙1800 +362 920 - 172,83∙1800 = -1 431 040 + 766 404 + 362 920 - 311094 = - 612 810 Дж/моль

lnК = -  =  = 40,96

К = 6,2 ∙ 10¹⁷

К =

 128   240,13

Ni + 2S = Ni₃S₂

   0,002    m

Mr(Ni₃S₂) = 58,71∙3 + 64 = 240,13 г/моль

m_Ni3S2 =  = 3,75∙10^-3

Х _Ni3S2 =  = 9,16∙10^-6∙100% = 9,16∙10^-4 мол % = α_Ni3S2(т.к. γ_Ni3S2 = 1)

α_Mg =

Х_Mg =

Задача 18

[FeS]+CaC_2(тв) = CaS_(тв)+ 2[C] +[Fe]

∆G=- 163860 +61,03T

∆G=- 213600 +60,78T

∆G=-701070 +190,77T

∆G=-701070+190,77*1880-(-213600+60,78*1880)-(-163860+61,03*1880)=-193965,2 Дж

lnK=-=

K=

X_C=

X_Fe=1-0,01834=0,98166

lg=-0,23+0,0898*0,01834=-0,1402

=0,7241

Задача 20

Одним из возможных способов получения черного никеля из сульфида никеля является его конвертирование при температуре 1800 К:

2[NiO] + 0,5 [Ni₃S₂ ] = 3,5 [Ni] + SO₂ ↑

Решение

Вычислим изменение стандартной энергии Гиббса реакции при температуре 1800 К:

 ΔG⁰ _NiO = - 203 440 + 74,07 • 1800 =  - 70114 Дж,

  ΔG⁰ _{Ni3 S2} = - 362 920 + 172,83 • 1800 =  - 51826 Дж,

   ΔG⁰ _SO2 = - 361 320 + 72,6 • 1800 =  - 230640 Дж.

Определим ΔG⁰ реакции:

ΔG⁰ _р =  ΔG⁰ _SO2 -  2ΔG⁰ _NiO - 0,5 ΔG⁰ _{Ni3 S2} = - 230640 – 2 • (- 70114) -  0,5 • (-51826) =

= - 64499Дж

Рассчитаем значение константы равновесия реакции:

ln K = -   = -  = 4,3120

K = 74, 5895

Запишем выражение константы равновесия реакции:

K =  ;  P_SO2 = 1,  α²_NiO = 1.

K =  , примим α_Ni = 1

=   , α_Ni3O2 =  =  = 0,00018

α_Ni3O2 = 0,00018 • 100 %  =  0,018 %  мол.

Ответ: 0,018 %  мол. Ni₃S₂

Задача 1

Алюминиевая промышленность использует карбонат лития как добавку к электролиту. Определить, протекает ли реакция диссоциации карбоната лития при температуре электролиза (960° С) по реакции

Li₂CO ₃=Li₂O+CO₂ ,            ΔG°=147960-78,8×T, Дж/моль

Решение

ΔG°₁₂₃₃=147960-78,8×1233=50799,6 Дж/моль

ΔG=ΔG°+RTlnp_CO2

ΔG=50799,6+8,314×1233×ln0,0003=-32355Дж

Задача 2

Определить температуру начала  разложения карбоната кальция по реакции

CaCO₃ =CaO+CO₂, ΔG°=170560-147,19×T,  Дж/моль,

Решение

ΔG=0

ΔG=ΔG°+RTlnp_CO2

1700560-147,19T+8,314×(ln0,12)×T=0

T=170560/164,8=1034K

Задача 3

Задача 4

Вторым продуктом производства кислородных станций является азот. Какое содержание кислорода в азоте должно быть, чтобы он мог быть использован в качестве защитной среды при горячей (800°С) прокатке меди?

Оксид меди разлагается по реакции

2Cu₂O=4Cu+O₂,   ΔG°=337040-142,6×T, Дж/моль О₂. Решение

ΔG=0

ΔG=ΔG°+RTlnp_O2

ΔG=337040-142,6×1073=184030,2

lnp_O2=-184030,2/8920,9=-20,6                          p_O2=10^-9 атм.

 Задача 5

Периклаз (MgO) получают путем разложения карбоната магния и последующего плавления MgO в дуговых электропечах. Определить температуру начала разложения карбоната магния на воздухе по реакции

MgCO₃=MgO+CO₂, ΔG°=110825-120,16, Дж

Содержание двуокиси углерода в атмосфере воздуха составляет 0,03%об.

Решение

ΔG=0

ΔG=ΔG°+RTlnp_CO2

ΔG=110825-120,16T+8,314×ln0,0003×T

187,6T=110825                   T=590K                t=317°C

С + СО₂ =2СО

При Т=1500К равновесие реакц сильно смещено вправо:

Константа равновесия:

Выражение константы равновесия:

В воздухе содержится 21% об. Кислорода; сгорая, он образует газы СО И СО₂. Т.к. реакция смещена вправо, то образуется в основном газ СО. Вместо одного моля кислорода в газовой фазе образуется два моля СО: С+О₂=2СО, т.е. 21% об. Кислорода в воздухе заменится на 425 об.СО. При общем давлении газов в системе 1 атм суммарное давление газов СО и СО₂ составляет 42\121=0,347 атм.

Определим парц давление газа СО:

Свободный кислород в системе будет являться продуктом диссоциации высшего оксида углерода:

Опред константу равнов: