Равновесия в гомогенной системе с несколькими реакциями
70. (3/1-95). Константы равновесия двух одновременно протекающих газофазных реакций
А + B ⇔ и А + В ⇔ 2D
равны 1 и 4 соответственно. Найти максимально возможную полезную работу, которую способна совершить
такая реакционная система, если в исходном состоянии в систему, поддерживаемую при постоянном
общем давлении 2 бар, ввели по одному молю веществ А и В. Как изменится
величина полезной работы, если увеличить давление в системе в 2 раза; разбавить реакционную смесь
инертным газом в 2 раза?
71. (3/Э-02). Газообразный углеводород A участвует в двух реакциях, приводящих к получению
изомеров В и С:
A ↔ B и A ↔ С.
Значения стандартных энергий Гиббса, энтальпий образования и теплоемкостей указанных
веществ при 600 К приведены в таблице.
| Вещество |
ΔfGo(газ),
кДж/моль |
ΔfНo(газ),
кДж/моль |
ср(газ),
Дж/моль· К |
| А |
–6,42 |
–186,12 |
165,98 |
| В |
–6,42 |
–154,39 |
157,84 |
| С |
–2,96 |
–184,57 |
179,19 |
Определите равновесный состав системы при 600 К. Какой из изомеров будет преобладать при
последующем увеличении температуры? Почему?
72. (4/1-08).* Газообразный углеводород A участвует в двух реакциях, приводящих к получению
изомеров В и С:
A ↔ B и A ↔ С.
Значения стандартных энтальпий, энтропий и потенциалов Гиббса образования указанных веществ при 1000 К
приведены в таблице.
| Вещество |
ΔfНo(газ),
кДж/моль
|
ΔfGo(газ),
кДж/моль
|
So(газ),
Дж/моль·К |
| А (Перилен)
(Бензопирен – е)
C (Бензопирен – а)
|
253,2
253,2
262,4
|
-734,7
-740,5
–737,0
|
987,9
993,7
999,4
|
Определите равновесный состав при 1000 К. Какой из изомеров будет преобладать при
последующем повышении температуры?
Решение
73. (6/1-99). Оценить равновесный состав газовой фазы после установления
равновесия при температуре 900 К в сосуде объемом 150 л, в который ввели по 1 молю этана и
пропана, способных к обратимому дегидрированию по реакциям
С2H6 = H2 + С2H4,
С3H8 = H2 + С3H6.
Из справочников известно, что
| |
Δ
f
H
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadAgaaeqaaOGaamisamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3CA3@
,
кДж/моль
|
S
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4uamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3A27@
,
Дж/моль·К
|
C
p, 298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4qamaaDaaaleaacaWGWbGaaiilaiaaykW7caaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3D47@
,
Дж/моль·К
|
| С2H6 (г)
С2Н4 (г)
С3Н6 (г)
С3Н8 (г)
Н2 (г)
|
–84,67
52,28
20,41
–103,85
0
|
229,49
219,4
267,1
270,2
130,52
|
52,65
43,56
63,87
73,51
28,83
|
74. (4/1-01). При повышении температуры в присутствии некоторого катализатора
пропан может превращаться по двум реакциям:
деметанирования C3H8= C2H4 + CH4
и дегидрирования C3H8
= C3H6 + H2.
Оценить равновесные составы смеси
при давлении 2 бар и температурах 500, 800 и 1100 К, если исходно в
реактор был введен только пропан при температуре реактора и давлении 2 бар. При
какой температуре надо проводить процесс, чтобы получать преимущественно и
количественно этилен, а не пропилен?
Известно, что:
| |
Δ
f
H
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadAgaaeqaaOGaamisamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3CA3@
,
кДж/моль
|
S
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4uamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3A27@
,
Дж/моль·К
|
C
p, 298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4qamaaDaaaleaacaWGWbGaaiilaiaaykW7caaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3D47@
,
Дж/моль·К
|
Δ
исп
H
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadIdbcaWGbrGaam4peaqabaGccaWGibaaaa@3AA9@
,
кДж/моль
|
tкип,
°С |
| H2 (г)
CH4 (г)
C2H4 (г)
C3H6 (г)
C3H8 (г)
C2H6 (г)
|
0
–74,85
52,30
20,41
–103,85
–84,67 |
130,52
186,27
219,45
266,94
269,91
229,49 |
28,0
35,71
43,6
63,9
73,5
52,6
|
0,916
8,2
13,4
20,0
21,0
20,0
|
–252,9
–161,49
–103,8
–47,75
–42,07
–47,8 |
75. (4/1-02). В системе протекают две параллельные реакции:
С3Н8 = С2Н4 + СН4 ,
С3Н8 = С3Н6+ Н2.
Оценить равновесный состав системы при 600 К и общем давлении 1
бар, если в систему изначально был введен только пропан в количестве 1 моль.
При решении использовать данные предыдущей задачи (4/1-01).
76. (5/1-03). Оценить равновесный состав газовой фазы для реакции
2 СН4 = С2Н6 + Н2
при 1100 К и давлении 1 бар, если в системе исходно был
только метан в количестве 1 моль. При решении использовать данные
предыдущих задач (4/1-01).
77. (2/1-00). Изопропиловый спирт в присутствии катализатора легко дегидратируется и
дегидрируется по реакциям
CH3CHOHCH3 = CH3CHCH2+ H2O (I)
CH3CHOHCH3 = CH3COCH3+ H2 (II)
Оценить равновесный состав системы, исходно содержавшей изопропиловый спирт при давлении 1 бар,
после установления в системе полного равновесия. Температура системы поддерживается
при 100 °С. Известно, что:
| |
Δ
f
H
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadAgaaeqaaOGaamisamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3CA3@
,
кДж/моль
|
S
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4uamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3A27@
,
Дж/моль·К
|
C
p, 298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4qamaaDaaaleaacaWGWbGaaiilaiaaykW7caaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3D47@
,
Дж/моль· К
|
Δ
исп
H
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadIdbcaWGbrGaam4peaqabaGccaWGibaaaa@3AA9@
,
кДж/моль
|
tкип,
°С
|
| изопропанол (ж) |
–318,7 |
180 |
153,4 |
45,2 |
82,4 |
| пропилен (г) |
20,4 |
266,9 |
63,9 |
18,4 |
–47,8 |
| ацетон (ж) |
–247,7 |
200 |
125 |
29,7 |
56,2 |
| H2O (ж)
Н2O (г) |
–285,8 –241,8 |
70,0 188,8 |
75,3 33,6 |
40,7 |
100,0 |
| H2 (г) |
0 |
130,5 |
28,8 |
0,916 |
–252,9 |
78. (5/1-06). Определить равновесный состав смеси изомеров ксилола при
Т = 600 K, если исходно в жесткий реакционный сосуд объемом 20 л было внесено 2 моля
жидкого м-ксилола при давлении инертного газа внутри реактора 1 атм и
температуре 298 К. После загрузки реагента сосуд был закупорен и нагрет до
нужной температуры. Известно, что после нагревания вся жидкость испарилась.
Газовую смесь считать идеальной, а теплоемкости не зависящими от температуры.
При какой температуре содержание в смеси о-ксилола будет превышать содержание
п-ксилола?
| |
Δ
f
H
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadAgaaeqaaOGaamisamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3CA3@
,
кДж/моль
|
S
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4uamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3A27@
,
Дж/моль·К
|
C
p, 298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4qamaaDaaaleaacaWGWbGaaiilaiaaykW7caaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3D47@
,
Дж/моль· К
|
Δ
исп
H
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadIdbcaWGbrGaam4peaqabaGccaWGibaaaa@3AA9@
,
кДж/моль
|
tкип,
°С
|
| о-ксилол(г.)
м-ксилол(г.)
м-ксилол(ж.)
п-ксилол(г.)
|
19,00
17,24
–25,42
17,95
|
352,75
357,69
252,17
352,42
|
122,09
118,86
183,26
121,14
|
36,24
35,66
35,66
35,67
|
144
139
139
138
|
79. (5/1-00). Получению
муравьиной кислоты в газовой фазе нередко препятствует ее термодинамическая
нестабильность вследствие возможности распада по реакциям
НСООН = Н2 + СО2,
НСООН = Н2О + СО.
Оцените, при какой температуре
следует получать это соединение в газовой фазе с общим давлением около
1 бар, чтобы доля равновесного распада НСООН по указанным реакциям не
превышала 10 %. Какие основные побочные продукты будут присутствовать при
этом в реакционной смеси? Известно, что:
| |
Δ
f
H
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadAgaaeqaaOGaamisamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3CA3@
,
кДж/моль
|
S
298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4uamaaDaaaleaacaaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3A27@
,
Дж/моль·К
|
C
p, 298
o
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4qamaaDaaaleaacaWGWbGaaiilaiaaykW7caaIYaGaaGyoaiaaiIdaaeaacaWGVbaaaaaa@3D47@
,
Дж/моль· К
|
Δ
исп
H
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadIdbcaWGbrGaam4peaqabaGccaWGibaaaa@3AA9@
,
кДж/моль
|
tкип,
°С
|
| НСООН (ж)
СО (г)
Н2 (г)
СО2 (г)
Н2О (ж)
Н2О (г)
|
–409,19
–110,52
0
–393,51
–285,83
–241,82
|
128,95
197,54
130,52
213,68
70,08
188,72
|
99
29
28
37
75
34
|
22,24
6,040
0,916
25,23
40,66
40,66
|
100,7
–191,5
–153,8
–78,50
100,0
100,0
|