Термохимическая реакция (Mg+HCl)

[Alex_elder79]

Уважаемые профессионалы!  

Очень нужна информация по изменению скорости реакции металлического магния с соляной кислотой при увеличении избыточного давления, нашел информацию, что скорость реакции при давлении в 60 ат снижается в более чем в 15 раз по сравнению со скоростью при нормальных условиях, а у меня задача оценить скорость реакции при 150 ат. Если использовать экстраполяцию известных данных то получается, что при моих условиях реакция магния с соляной кислотой не должно быть. Так ли это?

 

 

[химик-философ]

Уважаемые профессионалы!  

Очень нужна информация по изменению скорости реакции металлического магния с соляной кислотой при увеличении избыточного давления, нашел информацию, что скорость реакции при давлении в 60 ат снижается в более чем в 15 раз по сравнению со скоростью при нормальных условиях, а у меня задача оценить скорость реакции при 150 ат. Если использовать экстраполяцию известных данных то получается, что при моих условиях реакция магния с соляной кислотой не должно быть. Так ли это?

Считайте изменение свободной энергии: dG=dH-TdS+pdV   Напрямую от давления зависит только третье слагаемое, но и dS, dH могут при изменении давления измениться если меняется агрегатное соиояние исходных веществ или продуктов. dV так же зависит от агрегатного состояния через изменение изменения плотности. dG ответит пойдет ли реакция или нет - это термодинамический параметр. С кинетикой в гетерогенных процессах туго. Тут есть теории (физикохимики подскажут), но я рекомендую проверить экспериментально.

[Alex_elder79]

Считайте изменение свободной энергии: dG=dH-TdS+pdV   Напрямую от давления зависит только третье слагаемое, но и dS, dH могут при изменении давления измениться если меняется агрегатное соиояние исходных веществ или продуктов. dV так же зависит от агрегатного состояния через изменение изменения плотности. dG ответит пойдет ли реакция или нет - это термодинамический параметр. С кинетикой в гетерогенных процессах туго. Тут есть теории (физикохимики подскажут), но я рекомендую проверить экспериментально.

Большое спасибо попробую прикинуть, эксперимент планируется ну не хочется получить заведомо отрицательный результат и опростоволоситься.

[Alex_elder79]

По рекомендации Химик-философ рассчитал свободную энергия реакции при моих условиях (Р-150 атм, T-298 *K), если расчет энтальпии и энтропии реакции вопросов вроде как не вызвал, то по параметра влияния температуры и давления информация спорная (я не химик знания мои ограничены школой и немного институтом) подправьте ее пожалуйста если предполагался другой коэффициент подскажи как его считать

 

1. Энтальпия dH=(Н[MgCl₂]+H[H₂])-(Н[Mg]+2*H[HCl])=(-641.1+0)-(0+2*(-91.8))=-457.5 кДж/моль

2. Энтропия dS=(S[MgCl₂]+S[H₂])-(S[Mg]+2*S[HCl])=(89.8+130.52)-(32.7+2*(186.8))=-185.98 Дж/мольК 

согласно справочнику при отрицательных значениях dH и dS реакция прекращается при росте температуры

 

формулу влияния температуры нашел такую dT=(Ср(Т)[MgCl₂]+Ср(Т)[H₂])-(Ср(Т)[Mg]+2*Ср(Т)[HCl])*(T-298) - Дж/моль, где Cp(T) теплоёмкость элемента в зависимости от температуры, справочные данные, однако если использовать эту формулу я не могу обратить формулу в реальных размерах температур

 

формула влияния давления dР=(моль[MgCl₂]+моль[H₂])-(моль[Mg]+моль[HCl])*R*T*Ln(P2/P0)=((1+1)-(1+2))*8.314*298*Ln(150)=-12414 Дж/моль

 

dG=dH-TdS+dT+dP=-457.5-(298*(-185.98)+0+-12414)/1000=-414.5 кДж/моль получается реакция идет.

[химик-философ]

dT и dp для чего считали? Их нет в формуле свободной энергии, подставлять их туда не нужно. Они не влияют на термодинамику, но влияют на кинетику. Но в начале о термодиамике. Нужно dV считать - изменившие объёма в ходе реакции. Грубо dV можно посчитать так, приберечь объемами магния и хлорида магния, а водород и хлороводород признать идиальными газами. dV= V[H₂]-2V[HCl] = mRT/p*(1/2(г/моль)-2/36.46(г/моль))=3.7011 (Дж/К/г)*T*m/p Для удобства пересчитаем на моль водорода dV/n[H₂] = 3.7011 (Дж/К/моль)*T/p

Из ваших вычислений dH/n[H₂]=-457500 (Дж/моль)   dS/n[H₂]=-185.98 (Дж/моль/К)

Получается уравнение dG/n[H₂]=-457500 (Дж/моль)+185.98 (Дж/моль/К)*T+3.7011 (Дж/К/моль)*T = -457500 (Дж/моль)+189.68 ((Дж/К/моль)*T

Из-за использованных допущений (идеальность газов, отсутствие воды, нулевой объем не газов, постоянство агрегатного состояния) видно что давление на термодинамику процесса не влияет, а температура не благоприятна для реакции и при температуре 2412 К и выше реакция идти не будет.

Применив те же допущения к кинетике, то можно использовать следующую формулу:

v/n(молярная скорость реакции)=k*С[HCl]^{^n(прядок реакции)}*exp(E_акт/-k_больц/T)     С[HCl]=p/R/T

Порядок реакции и её энергия активации, кторая тоже зависит от температуры и давления аналогично свободной энергии, неизвестны. Тем не менее можно  утверждать, что рост давления будет увеличивать скорость реакции, влияние же температуры без конкретных цифр не понятно.

Для обратной реакции формула скорости будет та же, только вместо HCl будет H₂ и величины энергии активации и порядок свои. Она тоже будет возрастать с ростом давления.

Можно почитать химические потенциалы что бы рассчитать состояние равновесия. Эту формулу не помню точно, но она похожа на ту, струю вы использовали для расчета dp.

Изменено 13 Апреля, 2016 в 15:25 пользователем химик-философ

[Alex_elder79]

1. dV= V[H₂]-2V[HCl] = mRT/p*(1/2(г/моль)-2/36.46(г/моль))=3.7011 (Дж/К/г)*T*m/p   ->    dV/n[H₂] = 3.7011 (Дж/К/моль)*T/p

2. v/n(молярная скорость реакции)=k*С[HCl]^{^n(прядок реакции)}*exp(E_акт/-k_больц/T)     С[HCl]=p/R/T

Еще раз большое спасибо, оказывается сложное дело химия, подскажи пожалуйста в первой формуле множитель это температура в кельвинах и давление в Па? просто получается кельвины сокращаются это понятно когда мы значение dV/n[H₂] умножаем на температуру, а куда денутся Па или размерность dV/n[H₂] -> Дж*Па/К/моль ??? 

просто получается, что параметр dV стремится к нулю порядок давления в Па значительно выше реального порядка температуры

 

по второй формуле совсем тяжко k - это скорость реакции? а C[HCl] это молярный объем кислоты? и правильно я понимаю что у нас порядок реакции n=2 так как расходуется два моля соляной кислоты.

 

боюсь замучаю тебя вопросами к тому же школьного уровня что обиднее всего

[химик-философ]

Еще раз большое спасибо, оказывается сложное дело химия, подскажи пожалуйста в первой формуле множитель это температура в кельвинах и давление в Па? просто получается кельвины сокращаются это понятно когда мы значение dV/n[H₂] умножаем на температуру, а куда денутся Па или размерность dV/n[H₂] -> Дж*Па/К/моль ??? 

просто получается, что параметр dV стремится к нулю порядок давления в Па значительно выше реального порядка температуры

 

по второй формуле совсем тяжко k - это скорость реакции? а C[HCl] это молярный объем кислоты? и правильно я понимаю что у нас порядок реакции n=2 так как расходуется два моля соляной кислоты.

 

боюсь замучаю тебя вопросами к тому же школьного уровня что обиднее всего

Дж=кг*м²/с²     Па=кг/с²/м    Дж/Па=м³  Размерность dV/n[H₂] м³/моль

k - константа скорости реакции, определяется экспериментально.

"C[HCl] это молярный объем кислоты?" Молярная концентрация, количество моль на единицу объема.

"что у нас порядок реакции n=2 так как расходуется два моля соляной кислоты" нет такой закономерности. Нужно у специалистов по физической химии спрашивать какой тут порядок или определять экспериментально, что весьма не просто.

[Alex_elder79]

Дж=кг*м²/с²     Па=кг/с²/м    Дж/Па=м³  Размерность dV/n[H₂] м³/моль

k - константа скорости реакции, определяется экспериментально.

"C[HCl] это молярный объем кислоты?" Молярная концентрация, количество моль на единицу объема.

"что у нас порядок реакции n=2 так как расходуется два моля соляной кислоты" нет такой закономерности. Нужно у специалистов по физической химии спрашивать какой тут порядок или определять экспериментально, что весьма не просто.

да уж теперь я окончательно запутался буду обдумывать эту информацию, ну судя по всему твоя рекомендация просто провести эксперимент будет более продуктивной чем мои попытки все это рассчитать.