Вычисление термодинамических функций индивидуального вещества H2

СОДЕРЖАНИЕ

Задание                                                               

Содержание                                                                                     

1.  Вычисление термодинамических функций                               

1.1.     Вычисление термодинамических функций H⁰(T) - H⁰(0), S⁰(T), Ф⁰(T),                   

G⁰(T) - G⁰(0) для заданного вещества Н₂ в интервале температур

100-500К.                                                                                       

1.2.    Описание физических, химических свойств вещества H₂ и его

 применение.                                                                                           

1.3. Расчет константы равновесия реакции

2MgO_конд+С_граф? 2Mg_конд+СО₂ в интервале температур 1400-2400К двумя

способами: с помощью энтропии и приведенной энергии Гиббса.      

2.  Построение и исследование диаграммы состояния двухкомпонентной  

Системы La—Sb .                                                                   

2.1. Построение и исследование диаграммы состояния La—Sb по

следующим пунктам:                                                        

2.1.1.    Построить диаграмму состояния La—Sb в масс. д. и молек. д.,

определить тип диаграммы состояния, дать фазовый состав всех её областей.       

2.1.2.Установить формулы химических соединений, если таковые

имеются на заданной диаграмме состояния La—Sb.                  

2.1.3. Указать температуру начала и конца кристаллизации

 для расплава системы La—Sb, содержащей 0.6 ат. д. Sb.                               

2.1.4. Определить природу и состав первых выпавших кристаллов из

расплава, содержащего 0.6 ат Sb ат. д., а также состав последних

капель этого расплава.                                                                        

2.1.5. По правилу рычага для системы La—Sb, содержащей 0.6 ат. д. Sb

при температуре 1200⁰C, определить массы равновесных фаз,

 если было взято 50 г исходного сплава.                                                              

2.1.6.                           Нахождение количества степеней свободы в точках,

соответствующих следующему составу системы и температуре:                                      

Состав       0,4 ат.д. Sb, температура 1690^oC

Состав       0,2 ат.д. Sb, температура 800 ^oC

Состав       0.8 ат.д. Sb, температура 1400^oC                                      

2.1.7. Кривая охлаждения для системы, содержащей 0.6 ат.д Sb, и полное описание  процесса охлаждения.                                           

Приложение А                                                                                             

Приложение Б                                                                                              

Приложение В                                                                                             

Приложение Г                                                                                             

Приложение Д                                                                                             

Список литературы                                                                                      

1.                ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ.

1.1           Для вычисления термодинамических функций H°(T)-H°(0), S°(T), Ф°(Т), G°(Т)-G°(0) заданного вещества H, в интервале температур 100-500 К с шагом 25 К используем табличные значения термодинамических функций С_р(Т), S⁰(100) и H⁰(100)-H⁰(0), приведенные в источнике [1]. Расчет термодинамических функций при температурах 100, 200, 300, 400, 500 К производим по формулам из источника [2]:

   а) изменение энтальпии

          (1)

 б) изменение энтропии                            (2)

в) изменение энергии Гиббса (3)

г) изменение приведенной энергии Гиббса:

,                                                           (4)

где:

 — высокотемпературная составляющая стандартной энтальпии;

 — значение стандартной теплоёмкости ;

 — стандартная энтропия индивидуального вещества при указанной температуре;

 — приведённая энергия Гиббса;

  — разность стандартных энергий Гиббса при заданной температуре и при 0 К.

Для обеспечения точности вычисления термодинамических функций индивидуального вещества при указанных температурах с ошибкой не выше ~1%, стоградусный интервал, с которым приведены теплоемкости в источнике [1], разбивается на четыре равные части, и проводятся вычисления термодинамических функций  и  c шагом 25К, что достигается с помощью аппроксимации уравнений.

Выполнение расчетов термодинамических функций индивидуального вещества вышеизложенным образом осуществляется с помощью специальной компьютерной программы.

Значение термодинамических функций C⁰(T) и C⁰(T)/T для индивидуального вещества H приведены в таблице 1.    

Примечание:

Н⁰(Т)-Н⁰(0)—изменение энтальпии;

S⁰(T)—энтропия; Ф⁰(Т)—приведённая энергия Гиббса;

G⁰(T)-G⁰(0)—изменение энергии Гиббса.

Вывод: При вычислении термодинамических функций с помощью готовых программ мы показали, что ошибка в расчетах не превышает 1 %, в сравнении с приложением А. Из результатов вычислений видно, что, так как функция  является возрастающей функцией температуры, то ,  являются возрастающими функциями температуры, что и следует из законов термодинамики . (графики 1—3).

1.2    История открытия водорода. Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в 16 и 17 веках на заре становления химии как науки. Знаменитый английский физик и химик Г. Кавендиш в 1766 г. исследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал воду, но приверженность Кавендиша теории флогистона помешала ему сделать правильные выводы. Французский химик А. Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783 г. осуществил синтез воды, а затем и ее анализ, разложив водяной пар раскаленным железом. Таким образом, он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из нее получен. В 1787 Лавуазье пришел к выводу, что «горючий воздух» представляет собой простое вещество, и, следовательно, относится к числу химических элементов. Он дал ему название hydrogene (от греческого hydor — вода и gennao — рождаю) — «рождающий воду». Установление состава воды положило конец «теории флогистона». Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году. На рубеже 18 и 19 века было установлено, что атом водорода очень легкий (по сравнению с атомами других элементов), и вес (масса) атома водорода был принят за единицу сравнения атомных масс элементов. Массе атома водорода приписали значение, равное 1.

Физические свойства. Газообразный водород может существовать в двух формах (модификациях) — в виде орто- и пара-водорода.