![]() |
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Изучение химического равновесия в гетерогенной системе
(расчет термодинамических характеристик реакции Разложения карбоната кальция) Цель работы: освоить статический метод исследования химического равновесия; обработать экспериментальные данные для оценки термодинамических характеристик реакции; изучить зависимость химического равновесия от температуры.
Приборы и реактивы 1. Печь трубчатая. 2. Вакууметр. 3. Милливольтметр. 4. Карбонат кальция.
Методика выполнения работы и ее обоснование Химическое равновесие в гетерогенных системах рассмотрим на примере реакции диссоциации карбоната кальция. Процессы диссоциации карбонатов широко распространены в металлургии и химической промышленности (обжиг известняка, разложение известняка в доменной печи, где он используется в качестве флюса, известковое кипение в мартеновской печи и т. д.). Карбонат кальция, являющийся составной частью мела, известняка, мрамора, диссоциирует по реакции: CaCO3(т) = CaO(т) + CO2(г). Эта реакции обратима. Константа равновесия имеет вид:
где
Считаем, что активности чистых фаз CaCO3(т) и CaO(т) при данной температуре постоянны:
где Изменение упругости диссоциации с ростом температуры можно показать на основании уравнения изобары реакции:
С учетом (1.2) уравнение изобары для данной реакции можно записать:
Для процесса диссоциации ∆ H > 0, поэтому упругость диссоциации растет с увеличением температуры.
Рис.1 Зависимость упругости диссоциации от температуры
Используя уравнение изотермы:
можно определить знак ∆ G для процесса в условиях I. Так как фактическое давление CO2 для всех точек этой области выше равновесного, т.е. Аналогично рассуждая для области II, где Численные значения равновесных
где
Теоретические значения Проинтегрировав уравнение (1.4) в пределах
из которого можно найти величину теплового эффекта реакции в данном температурном интервале:
Для измерения упругости диссоциации карбонатов часто используют статический метод. Суть его заключается в непосредственном измерении давления в установке, предварительно откачанной до предельного разряжения. При этом в печи при заданной температуре помещена навеска карбоната кальция. Давление Порядок выполнения работы 1. В кварцевую трубку печи заранее помещена навеска карбоната кальция, конец трубки плотно закрыт пробкой. В присутствии преподавателя в системе откачивают воздух. Для этого включают масляный ротационный насос. Вакуумный кран при этом открыт, а кран для впуска воздуха закрыт. Открывать вакуумный кран следует очень осторожно, поддерживаяего левой рукой, а правой плавно поворачивая пробку крана. Систему откачивают до предельного разряжения. Закрывают вакуумный кран, включают насос и открываюткран для впуска воздуха. При использовании только трехходового крана впуск воздуха и подсоединение вакуума производятся с его помощью.
Рис.2. Схема установки: 1 – образец; 2 – термопара; 3 – милливольтметр; 4 – печь; 5 – кварцевая трубка; 6 – вакуумметр; 7 – двухходовой кран.
2. Систему выдерживают под вакуумом, проверяя ее надежность в течение 5 – 10 минут. Затем включают печь и доводят температуру до первой заданной. Поддерживая температуру постоянной в течение 10 минут, достигают установления постоянного давления, определяемого вакууметром. Показание вакууметра при данной температуре позволяет рассчитать упругость диссоциации карбоната кальция. При высоких температурах выдержку можно делать меньше, чем при низких, так как скорость реакции с ростом температуры возрастает. При достижении постоянного давления записывают его величину и повышают температуру печи до следующей заданной. Таким образом, производят измерения разновесных давлений CO2 при нескольких температурах в диапазоне 500 – 800°С с шагом в 25 – 50°С (по заданию преподавателя). 3. По опытным данным строят график в координатах ln 4. Теоретические значения 5. Сопоставляют теоретические и опытные значения 6. Рассчитывают величину Δ G при каждой температуре опыта по уравнению (1.5) и делают вывод о направлении процесса.
Рекомендуемый вид таблицы
Таблица 3 Справочные термодинамические данные
Лабораторная работа № 2 Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 1660; Нарушение авторского права страницы