Методические указания и контрольные задания для учащихся заочников по специальности 2 48 01 35 «Переработка нефти и газа» Новополоцк (стр. 3 из 15)

1. Парциальные давления компонентов.

2. Среднюю молярную массу воздуха.

3. Плотность воздуха.

Решение:

Парциальные давления находим по формуле:

Р_парц. = Р_общ. х r, где

r – молярная или объемная доля газа в смеси.

Тогда:

Р_m2 = 15·0,78 = 11,70 МПа

Р_О2 = 15·0,21 = 3,15 МПа

Р_Аr = 15·0,01 = 0,15 МПа

Среднюю молярную массу находим по формуле:

М_ср. = М_m2 · r_m2 + М _О2 · r _О2 + М_Аr · r_Аr

М_ср. = 28·0,78+32·0,21+40·0,01 = 21,84+6,72+0,40 = 28,96

Плотность воздуха r =

= 1,29 кг/м³

Вопросы для самоконтроля:

1. Сравните агрегатные состояния вещества с точки зрения кинетической энергии частиц.

2. Охарактеризуйте плазменное состояние вещества.

3. Дайте понятие о модели идеального газа.

4. Сформулируйте газовые законы, запишите их математические и графические выражения.

5. Запишите уравнение Клапейрона-Менделеева и укажите физический смысл универсальной газовой постоянной.

6. Назовите причины отклонения в поведении реальных газов от законов идеальных газов.

7. Запишите уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса.

8. Сформулируйте закон Дальтона и приведите формулы для расчета основных параметров газовых смесей.

9. Перечислите особенности жидкого состояния.

10. Дайте определение понятиям «вязкость» и «поверхностное натяжение» и объясните их значение для технологических процессов.

11. Охарактеризуйте процессы испарения и кипения жидкостей.

12. Объясните, чем различаются кристаллическое и аморфное состояние вещества.

13. Охарактеризуйте основные типы кристаллических решеток. Приведите примеры веществ с различным типом кристаллических решеток.

Тема 1.2 Химическая термодинамика. Термохимия. Элементы термодинамики пара.

Предмет термодинамики и его значение для изучения химических процессов.

Основные термодинамические понятия: система, процесс, функция состояния.

Закон сохранения энергии и первое начало термодинамики. Теплоемкость веществ. Молярная, удельная и объемная теплоемкость. Изохорная и изобарная теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры и давления. Средняя и истинная теплоемкость. Связь между различными видами теплоемкости.

Теплоемкость газовой смеси.

Работа расширения газа при изобарическом, изохорическом, изотермическом и адиабатическом процессах.

Термохимия. Тепловой эффект реакции. Факторы, влияющие на тепловой эффект. Закон Кирхгофа. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса. Стандартная энтальпия образования веществ. Теплота горения, растворения, нейтрализации, изменения агрегатного состояния вещества.

Термодинамические обратимые и необратимые процессы. Второй закон термодинамики. Статистическое толкование энтропии. Стандартная энтропия веществ. Энергия Гиббса. Направление химических процессов.

Влажный и сухой насыщенный пар, перегретый пар. Процесс парообразования в р-V, Т-S диаграммах. Пограничные кривые. Н-S диаграмма, ее построение и значение. Термодинамика влажного газа.

Практическая работа № 2

Осуществление расчета теплоемкости веществ и определение теплового эффекта химических реакций.

Практическая работа № 3

Определение направления протекания химических процессов, термохимических свойств пара.

Методические указания к теме 1.2

Изучение темы следует начать с основных термодинамических понятий: система, изолированная система, внутренняя энергия системы – функция ее состояния; теплота и работа – функции процесса. Большое практическое значение имеет умение учащихся рассчитывать истинную теплоемкость вещества при заданной температуре, переходить от мольной теплоемкости к массовой (удельной) или объемной.

На основании 1 закона термодинамики выводятся основные расчетные формулы пяти термодинамических процессов: изохорного, изобарного, изотермического, адиабатического, политропного. Важно усвоить, что тепловой эффект химической реакции является мерой изменения внутренней энергии (или энтальпии) системы, уметь рассчитывать величину теплового эффекта по теплотам образования или сгорания реагирующих веществ. Обратите внимание, что тепловой эффект реакции (теплота термохимическая - ) и теплота термодинамическая

или DН имеют противоположный знак.

= - Q = - DН

постарайтесь понять физический смысл этих величин.

Практическое умение рассчитать величины теплоемкостей тепловой эффект реакции понадобится в курсовом и дипломном проектировании.

При изучении II закона термодинамики важно усвоить понятия термодинамической обратимости и необратимости процесса, самопроизвольно протекающего необратимого процесса, свободной и связанной энергии системы, энтропии как функции состояния системы.

Практические важно научиться рассчитывать возможности проведения химической реакции при заданной температуре, пользуясь II законом термодинамики по табличным значениям DН и S реагирующих веществ.

Это позволит сознательно усвоить в дальнейшем принцип Ле-Шателье и методы управления химическими реакциями.

При изучении основ термодинамики пара желательно усвоить процесс парообразования в Р-V и Т-S координатах, знать, как изображаются термодинамические процессы в этих координатах, запомнить, какими параметрами характеризуется насыщенный пар, уравнения состояния паров.

Термодинамика влажного газа и воздуха в дальнейшем более подробно будет рассматриваться в курсе «Процессы и аппараты химической промышленности» по теме «Сушка».

Примерные решения задач к теме 1.2

Пример 1: Определить молярную истинную теплоемкость N₂ при 100 ºС. По полученному значению молярной теплоемкости определите удельную и объемную теплоемкости.

Решение: По таблице 3 находим коэффициенты уравнения С= f(Т). Поскольку N₂ – неорганическое вещество, для него воспользуемся формулой:

С= а + вТ +

Находим: а = 27,87; в · 10³ = 4,27, поэтому в = 4,27·10^-3; третьего члена в уравнении нет – в таблице – прочерк.

Т = 100 + 273 = 373 К

С

, 373 = 27,87 + 4,27·10^-3·373 = 27,87 + 4,27·0,373 = 29,46

Удельную теплоемкость определяем по формуле:

С_уд =

·1000

С_уд =

·1000 = 1052

Объемную теплоемкость находим по формуле:

С_об =

·1000

С_об =

·1000 = 1315

Пример 2: Определите молярную, удельную и объемную истинные теплоемкости ацетилена С₂Н₂ при 550 ºС.

Решение:

Поскольку ацетилен – органическое вещество, воспользуемся для расчета формулой:

С

= f(Т) = 4 + вТ + сТ² + dТ³

По таблице 3 находим коэффициенты уравнения:

а = 23,46

в · 10³ = 85,77; в = 85,77·10^-3

с · 10⁶ = - 58,34; с = - 58,34·10^-6

d · 10⁹ = 15,87; d = 15,87·10^-9

Т = 550 + 273 = 823 К

С

, 823 = 23,46 + 85,77 · 10^-3·823 – 58,34 · 10^-6·823² + 15,87 · 10^-9 · 823³ = 23,46 + + 85,77 · 0,823 – 58,34 · 0,823² + 15,87 · 0,823³ = 23,46 + 70,59 – 39,50 + 8,84 =

= 63,39

Удельную теплоемкость находим по формуле:

С_уд =

·1000

С_уд =

·1000 = 2438

Объемную теплоемкость находим по формуле:

С_об =

·1000;

С_об =

·1000 = 2830

Пример 3: Пользуясь табличными значениями энтальпий образования, определите изменение энтальпии и тепловой эффект реакции в стандартных условиях.

СН₄ + Н₂О(г) = СО + 3Н₂

Используем данные таблицы 3

Решение:

Используем I-е следствие из закона Гесса:

DН

= åDН - åDН

DН

= DН + 3 DН - DН - DН (г) = - 110,50 + 0 – (-74,85) – (-241,84) = = 206,19