Расчет равновесия химической реакции в неидеальной системе

Рассчитать равновесие химической реакции

С₂Н₄ + С₃Н₆ → н-C₅H₁₀

в неидеальной системе.

IЭтап

Составить таблицу для термодинамических данных предоставленной химической реакции

Соединение	∆fH0298	S0298 кал/моль*К	∆fG0298 ккал/моль	Cp ккал/моль	a	b*103	c*106
C2H4	12,496	52,45	16,282	10,41	1,003	36,948	-19,331
C3H6	4,879	63,8	14,99	15,27	0,79	56,372	-28,107
C5H10	-5	82,65	18,96	26,19	1,788	101,454	-55,427

II Этап

По закону Гесса рассчитать изменения энтальпии и энтропии реакции, а также разность коэффициентов ∆a, ∆b, ∆c.

∆_rH⁰₂₉₈ = ∑j’*H⁰₂₉₈ - ∑j*H⁰₂₉₈

∆_rH⁰₂₉₈ = -5 – 4.879 – 12.496 = -22.375 ккал

∆_rS⁰₂₉₈ = -33.6 кал/К

∆a = - 0.005

∆b = 8.134*10^-3

∆c = -7.989*10^-6

Ш Этап

По формуле Темкина - Шварцмана рассчитать изменение энергии Гиббса ∆G в интервале от 300 до 900 К с шагом 100⁰. Построить таблицу и график зависимости ∆G⁰_Т = ∆_rH⁰₂₉₈ – Т(∆a*M₀ + ∆b*M₁ + ∆c*M₂)

T	M0	M1	M2
300	0	0	0
400	0,0392	0,013	0,0043
500	0,1133	0,0407	0,0149
600	0,1962	0,0759	0,0303
700	0,2794	0,1153	0,0498
800	0,3597	0,1574	0,0733
900	0,4361	0,2012	0,1004

При Т=300 К

∆G⁰₃₀₀ = -22,375 + 33,6*300/1000 –300*(0*1,788 + 0*101,454 – 55,427*0)

∆G⁰₃₀₀ = -12,3 ккал

При Т=400 К

∆G⁰₄₀₀ = -22,375 + 33,6*400/1000 –400*(0,0392*1,788 + 0,3*101,454 – 55,427*0)

∆G⁰₄₀₀ = -37,4 ккал

При Т=500 К

∆G⁰₅₀₀ = -111,3 ккал

При Т=600 К

∆G⁰₆₀₀ = -226,8 ккал

При Т=700 К

∆G⁰₇₀₀ = -375,9 ккал

При Т=800 К

∆G⁰₈₀₀ = -549,8 ккал

При Т=900 К

∆G⁰₉₀₀ = -741,2 ккал

T, К	∆G, ккал
300	-12,3
400	-37,4
500	-111,3
600	-226,8
700	-375,9
800	-549,8
900	-741,2

Реакции находятся на удалении от состояния равновесия (т.к ∆G≠0),

Так как ∆G<<0, то равновесие реакции смещено в сторону образования продуктов реакции, в сторону прямой реакции.

IV Этап

Вычислить lnK_f  и K_f для интервала Т с шагом 100⁰. Построить н\графики зависимости lnK_f  и K_f  от Т.

∆G⁰_Т = - RTlnK_f – нормальное хим. сродство.

, где R=1,987 кал/к

При Т=300 К

по аналогии рассчитываем lnK_f для других температур.

T	LnKf	Kf
300	20,626	9,07E+08
400	47,071	2,77E+20
500	112,029	4,50E+48
600	190,244	4,19E+82
700	270,239	2,31E+117
800	345,882	1,64E+150
900	414,467	1,00E+180

V Этап

Составить закон действующих масс через отношение летучестей.

С₂Н₄ + С₃Н₆ → C₅H₁₀

f = γ*p

VI Этап

Для химической реакции определить приведенные давления для давлений 1; 50; 100; 150 атм и приведенные температуры для указанного интервала с шагом 100⁰С. По приведенным давлениям и температурам определить коэффициент фугитивности γ.

τ=Т/Т_кр         π=р/р_кр

 

Вещество	р, атм	ркр, атм	π	Т, К	Ткр, К	τ	γ
С2Н4	1	50,5	0,020	300	283	1,060	1
	1	50,5	0,020	400	283	1,413	1
	1	50,5	0,020	500	283	1,767	1
	1	50,5	0,020	600	283	2,120	1
	1	50,5	0,020	700	283	2,473	1
	1	50,5	0,020	800	283	2,827	1
	1	50,5	0,020	900	283	3,180	1
С2Н4	50	50,5	0,990	300	283	1,060	0,73
	50	50,5	0,990	400	283	1,413	0,91
	50	50,5	0,990	500	283	1,767	0,97
	50	50,5	0,990	600	283	2,120	0,98
	50	50,5	0,990	700	283	2,473	0,98
	50	50,5	0,990	800	283	2,827	0,99
	50	50,5	0,990	900	283	3,180	1
С2Н4	100	50,5	1,980	300	283	1,060	0,48
	100	50,5	1,980	400	283	1,413	0,83
	100	50,5	1,980	500	283	1,767	0,93
	100	50,5	1,980	600	283	2,120	0,96
	100	50,5	1,980	700	283	2,473	0,97
	100	50,5	1,980	800	283	2,827	0,98
	100	50,5	1,980	900	283	3,180	0,99
С2Н4	150	50,5	2,970	300	283	1,060	0,38
	150	50,5	2,970	400	283	1,413	0,76
	150	50,5	2,970	500	283	1,767	0,9
	150	50,5	2,970	600	283	2,120	0,96
	150	50,5	2,970	700	283	2,473	0,97
	150	50,5	2,970	800	283	2,827	0,98
	150	50,5	2,970	900	283	3,180	0,99