Расчет химической реакции, проводимой в газовой фазе и в которой вступает 2 моля веществ, а получается 1 моль

Для химической реакции, проводимой в газовой фазе в стандартных условиях:

С₆Н₅СН=СН₂ + Н₂  → С₆Н₅С₃Н₅

1. Используя справочную литературу, рассчитать lgK_f в интервале 500-1000 К с шагом 100.

T,K	lgKfобр		lgKf реакции
	С6H5C2H3	С6Н5С2Н5
500	-25,364	-21,222	4,142
600	-25,01	-20,992	4,018
700	-23,376	-20,89	2,486
800	-22,171	-20,842	1,329
900	-21,252	-20,827	0,425
1000	-20,526	-20,826	-0,3

lgK_f= lgK_f^обр(С₆Н₅С₂Н₅)- lgK_f^обр(С₆Н₅С₂Н₃)

lgK_f⁵⁰⁰=-22,222+25,364=3,142 ккал

lgK_f⁶⁰⁰=-20,992+25,01=4,018 ккал

lgK_f⁷⁰⁰=-20,89+23,376=2,486 ккал

lgK_f⁸⁰⁰=-20,842+22,171=1,329 ккал

lgK_f⁹⁰⁰=-20,827+21,252=0,425 ккал

lgK_f¹⁰⁰⁰=-20,826+20,256=-0,3 ккал

2. Вычислить составы равновесной смеси при температуре 1000 и давлениях 1; 10; 35; 45; 60 атм.

а) T=1000 К                              

    p=1 атм                                                                

С₆H₅C₂H₃    +        H₂      =        С₆Н₅С₂Н₅

lgKp(1000)	-20,526		-20,826
Tкр	546	32,2	619,5
Ркр	40	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	0,03	0,05	0,03
τ	1,83	24,88	1,61
γ	1	1	1
N	0,448	0,448	0,103

π=p/p_кр

τ=T/T_кр

 Для С₆H₅C₂H₃ 

π=1/40=0,03.

τ=1000/546=1.83.

По графику зависимости γ=f(π, τ) находим γ=1.

Для С₆H₅C₂H₅ 

π=1/38=0,03.

τ=1000/619,5=1,61.

По графику зависимости γ=f(π, τ) находим γ=1.

Для H₂ 

π=p/(p_кр+8)=1/(12,8+8)=0,05.

τ==T/(T_кр+8)=1000/(32.2+8)= 24,88.

По графику находим γ=1.

= 1

K_γ=1             lgK_γ=0

LgK_N=LgK_f -LgK_Y+LgP

LgK_N=-0,3 – 0 + 0,                                               

LgK_N=-0,3     

 

Зная константу равновесия, определяем х и находим состав равновесной смеси.

Х находим методом интерполяции, из таблиц. 

x	lgKN
0,1	-0,63
0,2	-0,25
0,1	0,38
∆х	0,05

        

х=0,2-0,013=0,187

N_A=(1-x)/(2-x)= 0,448

N_B=(1-x)/(2-x)= 0,448

N_C=x/(2-x)= 0,103

б) T=1000 К                              

p=10 атм                                                               

                      С₆H₅C₂H₃       +             H₂       =        С₆Н₅С₂Н₅

lgKp(1000)	-20,526		-20,826
Tкр	546	32,2	619,5
Ркр	40	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	0,25	0,48	0,26
τ	1,83	24,88	1,61
γ	0,99	1	0,99
N	0,290	0,290	0,420

Для С₆H₅C₂H₃ 

π=10/40=0,25.

τ=1000/546=1.83.

По графику находим γ=0.99.

Для H₂ 

π=p/(p_кр+8)=10/(12,8+8)=0,48.

τ==T/(T_кр+8)=1000/(32.2+8)= 24,88.

По графику находим γ=1.

Для С₆H₅C₂H₅ 

π=10/38=0,26.

τ=1000/619,5=1,61.

По графику находим γ=0.99.

K_y=1             lgKy=0

LgK_N=LgK_f-LgK_Y+LgP                                       

LgK_N=0,7                                                                           

Зная константу равновесия, определяем х и находим состав равновесной смеси.

Х находим методом интерполяции, из таблиц.    

x	lgKn
0,5	0,477
0,6	0,72
0.1	0.243
∆х	0,02

        

х=0,6-0,008=0,592

N_A=(1-x)/(2-x)= 0,290

N_B=(1-x)/(2-x)= 0,290

N_C=x/(2-x)= 0,420

в) T=1000 К                              

p=35 атм                                                               

                        С₆H₅C₂H₃          +          H₂        =        С₆Н₅С₂Н₅

lgKp(1000)	-20,526		-20,826
Tкр	546	32,2	619,5
Ркр	40	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	0,88	1,68	0,92
τ	1,83	24,88	1,61
γ	0,96	1	0,95
N	0,190	0,190	0,619

Ky=0,990      lgKy=-0,005

LgK_N=LgK_f-LgK_Y+Lg_P                                        

LgK_N=1,249

x	lgKn
0,7	1,005
0,8	1,38
0.1	0.375
∆х	0,131

      

х=0,8-0,035=0,765

N_A=(1-x)/(2-x)= 0,190

N_B=(1-x)/(2-x)= 0,190

N_C=x/(2-x)= 0,619

г) T=1000 К                              

    p=45 атм                                                              

                      С₆H₅C₂H₃                   H₂                     С₆Н₅С₂Н₅

lgKp(1000)	-20,526		-20,826
Tкр	546	32,2	619,5
Ркр	40	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	1,13	2,16	1,18
τ	1,83	24,88	1,61
γ	0,95	1	0,93
N	0,170	0,170	0,660

K_y=0,979      lgK_y=-0,009

LgK_N=LgK_f-LgK_Y+LgP                                       

LgK_N=1,362                              

x	lgKn
0,7	1,005
0,8	1,38
0.1	0.375
∆х	0,018

   

х=0,8-0,0048=0,795

N_A=(1-x)/(2-x)= 0,170

N_B=(1-x)/(2-x)= 0,170

N_C=x/(2-x)= 0,660

д) T=1000 К                              

p=60 атм                                                                            

                      С₆H₅C₂H₃           H₂                        С₆Н₅С₂Н₅

lgKp(1000)	-20,526		-20,826
Tкр	546	32,2	619,5
Ркр	40	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	1,50	2,88	1,58
τ	1,83	24,88	1,61
γ	0,94	1	0,91
N	0,154	0,154	0,692

K_y=0,968      lgK_y=-0,014

LgK_N=LgK_f-LgK_Y+LgP                                       

LgK_N=1,492                                                            

x	lgKn
0,8	1,38
0,9	1,996
0.1	0,616
∆х	0,504

      

х=0,9-0,082=0,818

N_A=(1-x)/(2-x)= 0,154

N_B=(1-x)/(2-x)= 0,154

N_C=x/(2-x)= 0,692

Получили

P, атм	N С6H5C2H3,%	N H2, %	N С6Н5С2Н5, %
1	0,45	0,45	0,10
10	0,29	0,29	0,42
35	0,19	0,19	0,62
45	0,17	0,17	0,66
60	0,15	0,15	0,69

3. Вычислить тепловой эффект данной реакции при Т=1000 К и давлении 60 атм.

                        С₆H₅C₂H₃     +       H₂           =       С₆Н₅С₂Н₅

∆H1000 обр	29,83	0	-0,05
τ	1,83	24,88	1,61
π	1,50	2,88	1,58
Zкр	0,27	0,29	0,27
Tкр	546	32,2	619,5
(H0-H)/Tкр	0,87	0	1,39
H0-H	475,0	0	861,1

(H⁰-H)/Tкр определяется по таблицам, в зависимости от τ, π, Z_кр.

(H⁰-H)= (H⁰-H)/T_кр*Т_кр

∆(H₀-H) =861,1-475,0=386,1 кал                   

∆H₁₀₀₀⁰ = -0,05-29,83=-29,88 ккал                 

∆H₁₀₀₀⁶⁰ =∆H₁₀₀₀⁰ - ∆(H₀-H) =-29,88 – 0,386= -30,27 ккал      

4. Анализ полученных результатов.

Согласно принципу Ле-Шателье равновесие реакции при повышении давления смещается в сторону уменьшения объёма. В реакции С₆Н₅СН=СН₂ + Н₂  → С₆Н₅С₃Н₅ вступает 2 моля веществ, получается 1 моль. При повышении давления равновесие должно смещаться в сторону прямой реакции, в сторону образования этилбензола – молярная доля исходных веществ – стирола и водорода уменьшается, а молярная доля продукта - этилбензола растет.

С увеличением давления тепловой эффект реакции изменяется, но не сильно. Так, в этой реакции при увеличении давления в 60 раз тепловой эффект изменяется на 0,4 ккал.