Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
|
Федеральное агентство по образованию Ангарская государственная техническая академия Кафедра химии
по дисциплине «Химия» Тема:
Определение термодинамической возможности
протекания химических процессов в реакции:
Исполнитель: *********.
студентка группы ЭУПу-08-10
Руководитель: доцент кафедры химии Кузнецова Т.А. Ангарск 2009 Задание к курсовой работе
1. Привести физико-химическую характеристику всех участников реакции и способов их получения. 2. Рассчитать тепловой эффект реакции H
2+
Cl
2=2
HCl
при стандартных условиях и при температуре 3. Рассчитать изменение энтропии химической реакции при стандартных условиях и при температуре 4. Определить возможность протекания реакции H
2+
Cl
2=2
HCl
при стандартных условиях и при температуре 5. Используя метод Темкина-Шварцмана рассчитать 6. Рассчитать константу равновесия при температуре Содержание
1.4 Этилен.
Физические и химические свойства
2.1 Нахождение теплового эффекта реакции
2.2 Расчет изменения энтропии химической реакции
2.3 Определение возможности протекания реакции
2.4 Расчет 2.5 Расчет константы равновесия
Этанол
– бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Таблица 1. Физические свойства этанола Молекулярная масса 46,069 а.е.м. Температура плавления −114,15 °C Температура кипения 78,39 °C Критическая точка 241 °C (при давлении 6,3 МПа) Плотность 0,974 г/см Смешивается с водой, эфиром, ацетоном и многими другими органическими растворителями; легко воспламеняется; с воздухом этанол образует взрывоопасные смеси (3,28-18,95% по объему). Этанол обладает всеми характерными для одноатомных спиртов химическими свойствами, например с щелочными и щелочноземельными металлами образует алкоголяты, с кислотами – сложные эфиры, при окислении этанола – ацетальдегид, при дегидратации – этилен и этиловый эфир. При хлорировании этанола образуется хлораль. Существует 2 основных способа получения этанола — микробиологический (брожение
и гидролиз
) и синтетический: Брожение
Известный с давних времён способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов, содержащих сахар (свёкла и т. п.). Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, древесины и др. под действием фермента зимазы. Реакция эта довольно сложна, её схему можно выразить уравнением: C6
H12
O6
→ 2C2
H5
OH + 2CO2
В результате брожения получается раствор, содержащий не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции. Промышленное производство спирта из биологического сырья
· Винокуренные заводы · Гидролизное производство Для гидролизного производства применяется сырьё, содержащее целлюлозу – древесина, солома. · Отходами бродильного производства являются барда и сивушные масла Гидратация этилена
В промышленности, наряду с первым способом, используют гидратацию этилена. Гидратацию можно вести по двум схемам: · прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесённую на силикагель, активированный уголь или асбест: CH2
=CH2
+ H2
O → C2
H5
OH · гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты, с последующим его гидролизом (при температуре 80—90 °С и давлении 3,5 МПа): CH2
=CH2
+ H2
SO4
→ CH3
-CH2
-OSO2
OH (этилсерная кислота) CH3
-CH2
-OSO2
OH + H2
O → C2
H5
OH + H2
SO4
Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира. Очистка этанола
Этанол, полученный путём гидратации этилена или брожением, представляет собой водно-спиртовую смесь, содержащую примеси. Для его промышленного, пищевого и фармакопейного применения необходима очистка. Фракционная перегонка позволяет получить этанол с концентрацией около 95.6 % об.; эта неразделимая перегонкой азеотропная смесь содержит 4.4 % воды (вес.) и имеет температуру кипения 78.2 °C. Перегонка освобождает этанол как от легколетучих, так и от тяжёлых фракций органических веществ (кубовый остаток). Абсолютный спирт
Абсолютный спирт — этиловый спирт, практически не содержащий воды. Кипение при температуре 78,39 °C в то время как спирт спирт-ректификат, содержащий не менее 4,43 % воды кипит при температуре 78,15 °C. Получают перегонкой водного спирта, содержащего бензол, и другими способами. Топливо
Этанол может использоваться как топливо (в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания). Химическая промышленность
· Служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др.; · Широко применяется как растворитель (в красочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях); · Является компонентом антифриза. Медицина
Этиловый спирт в первую очередь используется как антисептик · как обеззараживающее и подсушивающее средств, наружно; · растворитель для лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.; · консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %) Парфюмерия и косметика
Является универсальным растворителем различных душистых веществ и основным компонентом духов, одеколонов и т. п. Входит в состав разнообразных лосьонов. Пищевая промышленность
Наряду с водой, является необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %. В кумысе содержится 1−3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе — от 0,6 до 2,2 %. Растворитель для пищевых ароматизаторов. Применяется как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности
Этилен
, H2C=CH2 – ненасыщенный углеводород, первый член гомологического ряда олефинов, бесцветный газ со слабым эфирным запахом; практически нерастворим в воде, плохо - в спирте, лучше - в эфире, ацетоне. Горит слабокоптящим пламенем, с воздухом образует взрывоопасные смеси. Этилен весьма реакционноспособен. Таблица 2. Физические свойства этилена Температура плавления 169,5°C Температура кипения 103,8°C Температура воспламенения 540 °C Плотность 0,570 г/см Химические свойства этилена и его гомологов в основном определяются наличием в их молекулах двойной связи. Для них характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации. 1. Реакции присоединения
- Этилен и его гомологи взаимодействуют с галогенами.
Так, например, они обесцвечивают бромную воду: Н2
С=СН2
+ Вr2
— СН2
Вr— СН2
Вr 1,2-дибромэтан
- Аналогично происходит присоединение водорода
(гидрирование этилена и его гомологов). - В присутствии серной или ортофосфорной кислоты и других катализаторов этилен присоединяет воду
(реакция гидратации): Этой реакцией пользуются для получения этилового спирта в промышленности. - Этилен и его гомологи присоединяют также галогеноводороды:
Н2
С=:СН2
+ НС1 →СН3
— СН2
С1 этилхлорид
Этилхлорид применяют в медицине для местной анестезии. 2. Реакции окисления.
- Этилен и его гомологи способны гореть в воздухе:
С2
Н4
+ ЗО2
→2СО2
+ 2Н2
О С воздухом этилен и его газообразные гомологи образуют взрывчатые смеси. - Этилен и его гомологи легко окисляются,
например, перманганатом калия. При этом раствор последнего (в кислой среде) обесцвечивается: КM
n
О4
СН2
=СН2
+[О] + Н2
О →НО—СН2
—СН2
—ОН этиленгликоль
Этиленгликоль широко применяется для производства труднозамерзающих жидкостей — антифризов, а также синтетического волокна лавсана, взрывчатых веществ и др. 3. Реакции полимеризации.
- При повышенной температуре и давлении или в присутствии катализаторов молекулы этилена соединяются друг с другом вследствие разрыва двойной связи.
Процесс соединения многих одинаковых молекул в более крупные называется реакцией полимеризации. Полимеризацией этилена и его гомологов получают полиэтилен, полипропилен и многие другие. 1) Этилен в лаборатории получают при нагревании смеси этилового спирта с концентрированной серной кислотой; 2) Углеводороды ряда этилена можно получить также дегидрированием предельных углеводородов; 3) На производстве этилен получают из природного газа и в процессе крекинга нефти; 4) Углеводороды ряда этилена можно получить при взаимодействии дигалогенопроизводных предельных углеводородов с металлам; 5) При действии спиртовых растворов щелочей на галогенопроизводные отщепляется галогеноводород и образуется углеводород с двойной связью. Этилен используют для ускорения созревания плодов
(например, помидоров, дынь, апельсинов, мандаринов, лимонов, бананов), дефолиации
растений, снижения предуборочного опадения плодов, для уменьшения прочности прикрепления плодов к материнским растениям, что облегчает механизированную уборку урожая. В высоких концентрациях этилен оказывает на человека и животных наркотическое действие. Вода́
(оксид водорода) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Химическая формула: Н2
O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки). Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Физические свойства
Вода обладает рядом необычных особенностей: - При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается. - При нагревании от 0 °C до 4 °C (3,98 °C — точно) вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода, как менее плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура. - Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом. - Высокая теплоёмкость жидкой воды. - Высокая вязкость. - Высокое поверхностное натяжение. - Отрицательный электрический потенциал поверхности воды. Химические свойства
Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества. В воде практически всегда растворены те или иные соли, то есть в ней присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта. Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Тепловым эффектом
химической реакции называется теплота выделенная или поглощенная в результате протекания химической реакции и равная: – в изобарно-изотермических условиях изменению энтальпии, если совершается только работа расширения; – в изохорно-изотермических условиях изменению внутренней энергии, если не совершается никаких видов работ. Степень беспорядка, или неупорядоченности, в системе характеризуется физическим свойством, называемым энтропией
. При переходе системы из более упорядоченного в менее упорядоченное состояние величина энтропии возрастает ( Протекание реакции в прямом направлении при стандартной температуре = 298 К невозможно, реакция протекает в обратном направлении т.к. свободная энергия Гиббса Реакция при температуре = 500 К протекает в прямом направлении т.к. свободная энергия Гиббса При При Из графика видно, что протекание реакции в прямом направлении становится возможным когда температура достигнет приблизительно 345 К. Константа равновесия характеризует глубину протекания реакции. Если При При Т, К
рис.1 Зависимость
-24 По итогам проделанной работы можно сделать следующие выводы: - При стандартной температуре = 298К, а также и при Т = 500К, реакция протекает с поглощением теплоты и носит название эндотермической реакции т.к. При При - Опираясь на полученные значения энтропии При При - Протекание реакции в прямом направлении при стандартной температуре = 298 К невозможно, реакция протекает в обратном направлении т.к. свободная энергия Гиббса Реакция при температуре = 345 К и выше протекает в прямом направлении, что видно не только благодаря графику, но и подтверждается найденными значениями свободных энергий Гиббса: 1.
Гаммет Л. «Основы физической органической химии» М.: Мир 1972г. 2.
Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х., «Органическая химия» М.: Мир 1979г. 3.
Герасимов Я.И., Древинг В.П., Еремин Е.Н., Кисилев А.В., Лебедев «Курс физической химии» т.1 М.: Химия 1973г. 4.
Драго Р. «Физические методы в химии» М.: Мир 1981г. 5.
Глинка Н.Л. «Общая химия» 6.
Кузнецова Т.А., Воропаева Т.К. «Методические указания к выполнению курсовой работы по химии для студентов специальности – Экономика и управление на предприятиях химической промышленности» 7.
Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой – СПб.: «Иван Федоров», 2003.-240с., ил. 8.
Интернет источники Вещество
0 37.03 0.67 -2.85 0.00 H2 0 27.28 0.00 -92,31 26.53 4.6 1.09 0.00 Приложение 2
1200 1500 0.3362
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||