Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах



Скачать 46.64 Kb.
Дата26.07.2014
Размер46.64 Kb.
ТипДокументы
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ВЕРОЯТНОСТИ РЕАКЦИИ ТЕРМИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

При изучении термических и каталитических реакций углеводородов, прежде всего, возникает вопрос о влиянии условий процесса на направление реакции и на степень превращения исходного сырья при достижении равновесия.

Термодинамическая вероятность процесса определяется изменением энергии Гиббса ΔG системы в результате реакции:

ΔG = Gкон - Gнач

Энергией Гиббса называется та часть внутренней энергии системы, которая может быть превращена в работу. Она связана с другими основными термодинамическими функциями – энтальпией Н и энтропией S согласно уравнениям:

G = H – TS ΔG = ΔH – TΔS

T – абсолютная температура, К.

Изменение энтальпии ΔН для реакций, протекающих при постоянном давлении, представляет собой тепловой эффект реакции, взятый с обратным знаком, а член TΔS отображает ту часть внутренней энергии системы, которая может быть превращена в работу.

Если при выбранных условиях давления и температуры реакция будет самопроизвольно протекать слева направо, то запас энергии Гиббса будет уменьшаться, т.к. часть ее превращается в работу, ΔG при этом будет иметь знак минус.

При достижении химического равновесия G конечной системы будет равняться G начальной системы и ΔG = 0. Отсюда ясно, что чем больше абсолютное значение ΔG со знаком плюс, тем менее осуществима, с термодинамической точки зрения, данная реакция.

Знак при ΔG указывает на термодинамическую вероятность прямой реакции. Чем больше абсолютное значение отрицательной величины ΔG, тем глубже

Может идти реакция и тем больше будут равновесные концентрации продуктов реакции.

Рассмотрим реакцию распада нонана на пропан и гексен – 1:

С9Н20 С3Н8 + С6Н12

Таблица 1.

Энергии Гиббса ΔG 0обр (кДж/моль) при разных температурах (справочник)

Углеводород

Температура, К

298

500

800

1200

Пропан

- 23,498

34,447

127,443

255,362

Гексен - 1

87,644

180,315

326,554

525,743

Нонан

24,932

204,67

486,98

870,59

Рассчитаем ΔG0 данной реакции при разных температурах

ΔG0298 = - 23,498 + 87,644 – 24,932 = 39,214 кДж/моль

ΔG500 = 34,447 + 180,315 – 204,67 = 10,092 кДж/моль

ΔG800 = 127,443 + 326,554 – 486,98 = - 32,983 кДж/моль

ΔG1200 = 255,362 + 525,743 – 870,59 = - 89,485 кДж/моль

Зависимость ΔGт от температуры имеет линейный характер: ΔGт = А + ВТ

Составим два уравнения и решив систему, найдем коэффициенты А и В в общем уравнении зависимости ΔG исследуемой реакции от температуры.

ΔG298 = А + В ∙ 298 = 39214

ΔG800 = А + В ∙ 800 = - 32983

ΔG298 – ΔG800 = А + В ∙ 298 - А - В ∙ 800 = 39214 +32983 – В ∙ 298 – В ∙ 800 =

= - 502 В

В =

А = 82069,38

Уравнение зависимости:

ΔGт = 82069,38 – 143,81Т


ΔGт = 82069,38 – 143,81 Т

Полагая теперь ΔG = 0, определим температуру, при которой система находится в химическом равновесии:

Т = 82069,38/143,81 = 570,245 К

или 297 °С

Таким образом, при Т 297 °С реакция распада нонана становиться более термодинамически вероятной.

Подсчитаем теперь значения Кр для разных температур из выражения:



lg Кр = - ΔG/19,13Т

Кр – константа равновесия

19,13 – коэффициент, учитывающий универсальную газовую постоянную и перевод в десятичный логарифм.
298 ° К: lg Кр = -39214/19,13∙298 = -6,878

500 ° К: lg Кр = -10092/19,13∙500 = -1,07

800 ° К: lg Кр = 32983/19,13∙800 = 2,15

1200 ° К: lg Кр = 89485/19,13∙1200 = 3,898


Таблица 2

Температура ° К

298

570

800

Температура ° С

25

297

527

ΔG кДж/моль

39,214

0

-32,983

lg Кр

-6,878

0

2,15

Кр

1.32*10

1

141,25

Константа равновесия для этой реакции имеет вид:



Принимая за х мольную долю нонана, прореагировавшего к моменту установления равновесия (ΔG = 0), выражаем парциальные давления через мольные доли





т.к. в смеси имеется х молей гексена-1, х молей пропана и 1-х молей нонана, а всего 1+х.

подставляя эти значения в выражение для находим х, т.е. парциальные давления пропана, гексена-1 и нонана, или, что то же самое, их равновесные концентрации при разных температурах.

Таблица 3.



Температура ° С

25

297

527

Концентрация










С3Н8

0,012

42

49,84

С6Н12

0,012

42

49,84

С9Н20

99,976

16

0,32

Реакция распада нонана эндотермическая, идет с поглощением тепла.

Вывод: для эндотермической реакции при увеличении температуры сверх определенного предела (при ΔG = 0) равновесие реакции смещается слева направо, т.е. в сторону образования продуктов реакции.



Для реакции, протекающей с увеличением объема, термодинамическая вероятность увеличивается с понижением давления.

Данная реакция термодинамически возможна при Т ˃ 297 °С, когда энергия Гиббса будет иметь отрицательное значение.

Похожие:

Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconПрограмма курса «Теория вероятностей»
Классическое (комбинаторное) определение вероятности. Свойства вероятности при таком определении. Пример комбинаторной задачи, для...
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconСтатистическое определение вероятности
Дать определение частоты и вероятности случайного события, познакомить с формулой вероятности события
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconСтатистическое определение вероятности
Аналогичным образом можно определить вероятности остальных элементарных исходов — единицы, двойки, чет­верки и т д. Теоретически...
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconТема. Изомерия предельных углеводородов
Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconЦепные и фотохимические реакции, реакции в растворах. Дайте определение фотохимической реакции
Дайте определение фотохимической реакции. Укажите основные стадии фотохимической реакции. Темновые фотохимические процессы
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconКлассическое определение вероятности. Комбинаторные методы решения задач
Цель: выработать умение решать задачи на определение классической вероятности с использованием основных формул комбинаторики
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconУчебно-методический комплекс для студентов заочной формы обучения сэ-11 Рабочая программа Вопросы к зачету
Аксиоматика Колмогорова. Классическое определение вероятности. Геометрическое определение вероятности Элементы комбинаторики
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах icon1 Геометрическое определение вероятности
Геометрическое определение вероятности обобщает классическое на случай бесконечного множества элементарных исходов. Пусть представляет...
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconОбщие и специфические закономерности реакции лимфатических узлов различных регионов на неоадъювантную терапию при раке (экспериментально-клиническое исследование) 14. 00. 02 анатомия человека 14. 00. 15 патологическая анатомия
Реакции лимфатических узлов различных регионов на неоадъювантную терапию при раке
Определение термодинамической вероятности реакции термического превращения углеводородов при различных температурах iconЛабораторная работа №1 " Анализ предельного поведения вероятностей событий"
Определение вероятности. Построение графика этих вероятностей и оценка момента времени, при котором вероятности становятся стационарными....
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org