Задача на расчет давления в закрытой ёмкости

[Jon Billies]

Условия:

Есть ёмкость, к примеру объемом 0,5 литра, в которую налили 1 моль H₂O₂, далее добавили катализатор оксид марганца IV и быстро закрутили крышку. Какое давление создаст кислород внутри? Если посчитать, что емкость достаточно прочная, сколько выделится кислорода до того как реакция остановится?

[chebyrashka]

если 1 моль полностью разложился, то кислорода 0.5 моля. затем pV=nRT температура по желанию, давление Ваше.

[Jon Billies]

если 1 моль полностью разложился, то кислорода 0.5 моля. затем pV=nRT температура по желанию, давление Ваше.

 

Вот есть у меня 0,5 бутылка, я в нее залил пергидроль 100 мл из него катализатор выдавил 0,5 моль кислорода или 12 литров. Какое давление создалось в 0,5 л емкости?? Выделится ли вообще такое количество кислорода?, по логике реакция должна остановится на каком-то значении...только на каком, как рассчитать??

Изменено 4 Декабря, 2011 в 17:52 пользователем Jon Billies

[Гость Ефим]

Вот есть у меня 0,5 бутылка, я в нее залил пергидроль 100 мл из него катализатор выдавил 0,5 моль кислорода или 12 литров. Какое давление создалось в 0,5 л емкости?? Выделится ли вообще такое количество кислорода?, по логике реакция должна остановится на каком-то значении...только на каком, как рассчитать??

Разложение H2O2 при практически достижимых давлениях необратимо. 12 л газа в пол-литровой ёмкости - это грубо 24 атм.

[Jon Billies]

Разложение H2O2 при практически достижимых давлениях необратимо. 12 л газа в пол-литровой ёмкости - это грубо 24 атм.

 

По расчету 12 литров в 500 мл это 30 атм, но не в этом не дело: тут нашел, что выделение кислорода будет идти до того момента пока давление не станет равно коэффициенту равновесия. После реакция остановится... Как тут быть??

[Гость Ефим]

По расчету 12 литров в 500 мл это 30 атм, но не в этом не дело: тут нашел, что выделение кислорода будет идти до того момента пока давление не станет равно коэффициенту равновесия. После реакция остановится... Как тут быть??

Я ж Вам толкую: при практически достижимых давлениях (30-ти атмосфер не хватит) - реакция разложения перекиси водорода необратима. Практически равновесие может быть достигнуто при условии, что у Вас есть сертифицированное оборудование для работы с давлением в пару десятков тысяч атмосфер.

[Jon Billies]

Я ж Вам толкую: при практически достижимых давлениях (30-ти атмосфер не хватит) - реакция разложения перекиси водорода необратима. Практически равновесие может быть достигнуто при условии, что у Вас есть сертифицированное оборудование для работы с давлением в пару десятков тысяч атмосфер.

 

Если не сложно, можете сделать расчетные выкладки на это.

[Гость Ефим]

Если не сложно, можете сделать расчетные выкладки на это.

Вычислить реальное равновесное давление кислорода - задача непростая. Можно прикинуть саму необходимость такой расчет делать:

H2O2 = H2O + 1/2O2

ΔH⁰ = -98400 Дж/моль

ΔS⁰ = 174.2 Дж/(моль*град)

Это вычислено по справочным данным. Отсюда:

ΔG⁰ = ΔH⁰ - T*ΔS⁰ = -150300 Дж/моль (при 20С)

Изменение энергии Гиббса в этой реакции ОЧЕНЬ велико.

K_p = (P_O2)^1/2 , где P_O2 - равновесное давление кислорода.

ΔG⁰ = -R*T*ln(K_p) = -R*T/2*ln(P_O2) , откуда

P_O2 = exp(-2*ΔG⁰/(R*T)) = e¹²⁰ = 10⁵² Па = 10⁴⁷ атм

 

Как видите - вычисленное равновесное давление кислорода выражается совершенно запредельным числом. Реально оно будет конечно меньше, но всё равно - число это будет с более чем тремя нулями.

[Jon Billies]

Вычислить реальное равновесное давление кислорода - задача непростая. Можно прикинуть саму необходимость такой расчет делать:

H2O2 = H2O + 1/2O2

ΔH⁰ = -98400 Дж/моль

ΔS⁰ = 174.2 Дж/(моль*град)

Это вычислено по справочным данным. Отсюда:

ΔG⁰ = ΔH⁰ - T*ΔS⁰ = -150300 Дж/моль (при 20С)

Изменение энергии Гиббса в этой реакции ОЧЕНЬ велико.

K_p = (P_O2)^1/2 , где P_O2 - равновесное давление кислорода.

ΔG⁰ = -R*T*ln(K_p) = -R*T/2*ln(P_O2) , откуда

P_O2 = exp(-2*ΔG⁰/(R*T)) = e¹²⁰ = 10⁵² Па = 10⁴⁷ атм

 

Как видите - вычисленное равновесное давление кислорода выражается совершенно запредельным числом. Реально оно будет конечно меньше, но всё равно - число это будет с более чем тремя нулями.

 

Спасибо большое, не было возможности сюда заходить - работой завалили. Я провел опыт:

в обычную пластиковую бутылку из-под миниралки 0,5 л налил примерно 100 мл пергидроля, далее добавил оксид марганца и быстро закрутил крышку. Ожидал, что через некоторое время бутылка взорвется ( из расчетов получалось, что выделится 12 л кислорода ) но...ничего не произошло...я в замешательстве...бутылка из-под миниралки расчитана на 4 атм, а 12 л кислорода в 0,5 бутылке это 30 атм...

[Гость Ефим]

Спасибо большое, не было возможности сюда заходить - работой завалили. Я провел опыт:

в обычную пластиковую бутылку из-под миниралки 0,5 л налил примерно 100 мл пергидроля, далее добавил оксид марганца и быстро закрутил крышку. Ожидал, что через некоторое время бутылка взорвется ( из расчетов получалось, что выделится 12 л кислорода ) но...ничего не произошло...я в замешательстве...бутылка из-под миниралки расчитана на 4 атм, а 12 л кислорода в 0,5 бутылке это 30 атм...

Эксперимент - он всегда больше теории. Я - за эксперимент!

Но, как "адвокат дьявола", я должен учитывать все возможности.

Если бутылка рассчитана на 4 атм - где гарантия, что она она действительно будет держать это давление, а не стравит его через пробку? (Это не праздный вопрос - я по роду занятий имел дело с аппаратурой при давлениях до 90 атм. Утечка через всяческие стыки - это основная проблема).

Если реакция остановилась - пошла ли она снова после сброса давления?

Был ли измерен объём выделяющегося кислорода в "холостом" эксперименте - при атмосферном давлении?

 

Пока на эти вопросы не будет ответа - я буду придерживаться ранее высказанного мнения.