Тема 4 Кинетика реакций горения

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный авиационный технический университет»

 

Методические указания

К выполнению расчетно-графической работы по дисциплине

«Прикладная химия пожарной безопасности»

Часть 2. Физическая и коллоидная химия

Уфа 2015

 

Требования к оформлению расчетно-графической работы

 

При оформлении РГР необходимо придерживаться следующих правил:

1. Расчетно-пояснительная записка оформляется на одной стороне листа формата А4 (210*297 мм) в рукописном (разборчиво, без сокращений) или компьютерном варианте с соблюдением следующих размеров полей: левое – не менее 30 мм, правое – не менее 10 мм, верхнее – не менее 15 мм, нижнее - не менее 20 мм. Шрифт Times New Roman, кегль 14, полуторный интервал.

2. Страницы нумеруются арабскими цифрами. Первой страницей считается титульный лист (образец оформления титульного листа на след. странице). Номер на титульном листе не ставится. На последующих страницах номер проставляют по центру снизу.

3. На титульном листе необходимо указать ФИО, группу, номер варианта, дату сдачи РГР и подпись. Номер варианта соответствует номеру по списку в журнале.

 

Критерии результативности расчетно-графической работы

 

Без выполненной и сданной вовремя расчетно-графической работы студент к сдаче зачета не допускается.

Выполненную РГР студент сдает преподавателю. Получив проверенную работу, студент вносит исправления с учетом замечаний преподавателя, после чего следует очная защита работы.

РГР засчитывается преподавателем, если:

1. РГР выполнена и сдана в срок.

2. Номер варианта РГР соответствует номеру по списку в журнале.

3. Выполнен весь комплект задач РГР.

4. Студент знает теоретические основы темы и может обосновать решение задачи.

 

Образец титульного листа

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

 

Факультет защиты в чрезвычайных ситуациях

 

Кафедра пожарной безопасности

 

 

Расчетно-графическая работа по дисциплине

«Прикладная химия пожарной безопасности»

 

Вариант ХХ

 

 

Выполнил: студент гр. ПБ-ХХХ

Иванов А.А.

Проверил: к.т.н., доцент

Исаева О.Ю.

Дата сдачи: ХХ.ХХ.20__

 

Уфа 20___

Задание 1.

ВычислитеDH⁰_х.р, ∆S⁰_х.р., DG⁰_T и К_р реакции. Возможна ли реакция при температуре 298? Найти равновесную температуру.

Термодинамические свойства веществ приведены приложении 1.

 

Вариант	Реакция
	СО(г) + 2Н2(г) = СН3ОН(г)
	N2(г) + 3H2(г) =2NH3(г)
	2HBr(г) = H2(г) + Br2(г)
	N2(г) + O2(г) = 2NO(г)
	COCl2(г) = CO(г) + Cl2(г)
	4 NH3(г) + 5 О2(г) = 4 NO(г) + 6 H2O (г)
	2 NH3 (ж) + H2SО4 (ж) = (NH4)2SО4 ( тв)
	CH3OH (г) + 3/2 O2(г) = CO2(г) + 2H2O (г)
	2 H2S(г) = 2 Н2(г) + S2(г)
	2Н2О(г) + O2(г) = 2Н2О2 (г)
	2 СО(г) + O2(г) = 2 CO2(г)
	СО(г) + Н2O(г) = СО2(г) + 2Н2(г)
	2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г)
	2 SO2(г) + O2 (г) = 2 SO3(г)
	2NO(г) + Cl2(г) = 2 NOCl(г)
	4 HCl(г) + O2(г) =2Н2О(г) + 2 Cl2(г)
	H2(г) + Br2(г) = 2HBr(г)
	Cl2(г) +2HI (г) = I 2(г) + 2HCl(г)
	H2(г) + I2(г)= 2HI(г)
	2СН3ОН(г) + О2(г) = 2НСОН(г) + 2Н2О(г)
	SO2(г) + Cl2(г) = SO2Cl2( (г)
	2 СО(г) + 2Н2(г) = СН4(г) + СО2(г)
	H2O(г) + Cl2(г) = 2HСl(г) + 1/2O2(г)
	4NO(г) = 2N2O(г) + O2(г)
	4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Cl2(г)
	SO2(г) + NO2(г) = SO3(г) + NO(г)
	2СO(г) + 4 H2(г) = С2Н5OН(ж) + H2O(ж)
	С6Н6(г) +3Н2(г) = С6Н12(г)
	2СН4(г) = C2H2(г) + 3H2(г)
	2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г)

 

 

Задание 2.

При температурах Т₁=298 К и Т₂ рассчитать: тепловой эффект реакции полного сгорания веществ; изменение энтропии; изменение энергии Гиббса; константу равновесия.

Стандартные энтальпия образования, энтропия и энергия Гиббса образования веществ приведены приложении 1.

 

Вариант	Вещество (в газ.состоянии)	Т2, К
	толуол
	этан
	этиленгликоль
	этин
	бензол
	этаналь
	метановая кислота
	этанол
	диэтиловый эфир
	бутен-1
	метаналь
	гептан
	циклогексан
	глицерин
	бутанол
	ацетон
	стирол
	пропанол-2
	диметиловый эфир
	метановая кислота
	пентан
	пропадиен
	этилбензол
	2-метилпропан
	циклопентан
	пропанол-1
	бутадиен – 1,2
	этановая кислота
	этилацетат (этилэтаноат)
	о-ксилол

Тема 2 Расчет изменения энтропии

Задача 3.

Рассчитать изменение энтропии вещества А массой m кг при постоянном давлении при нагревании от температуры t₁ до t₂, если известны его температура плавления и кипения, теплоемкости в твердом, жидком и газообразном состояниях (считать, что теплоемкость от температуры не зависит), энтальпии плавления и испарения (справочные данные).

 

Вариант	Вещество А	m, кг	t1, °C	t2, °C
	Br2		- 3
	CS2		- 100
	H2O
	NH3		- 63
	CCl4		- 13
	C6H6
	CH3OH		- 85
	C2H5OH		- 103
	Br2
	CS2		- 53
	H2O
	NH3		- 53
	CCl4
	C6H6
	CH3OH
	C2H5OH		- 50
	Br2
	CS2		- 13
	H2O
	NH3		- 43
	CCl4		- 8
	C6H6
	CH3OH
	C2H5OH
	Br2		- 3
	CS2
	H2O
	NH3		- 50
	CCl4
	C6H6

 

 

Тема 3 Фазовые равновесия

Задача 4. Определить температуру кипения веществ при заданных значениях давления р. Температура кипения и энтальпии испарения при стандартном давлении приведены в приложении 2.

Вариант	Вещество	Давление р, атм.	Вариант	Вещество	Давление р, атм.
	Ag	1,5		CCl4
	Br2			C2H6	3,5
	Cl2	2,5		C6H6
	F2			CH3OH	2,5
	H2	3,5		C2H5OH
	He			Ag
	I2	3,5		Br2	3,5
	N2			Cl2
	Na	2,5		F2	2,5
	Xe			H2
	H2O	1,5		He	1,5
	СS2			I2
	H2S	2,5		N2	2,5
	NH3			Na
	CH4	3,5		Xe	3,5

Задача 5. Определить давление, при котором температура кипения веществ будет равна t_кип. Температура кипения и энтальпии испарения при стандартном давлении приведены в приложении 2.

Вариант	Вещество	tкип, ºС	Вариант	Вещество	tкип, ºС
	H2O			He
	СS2			I2
	H2S			N2
	NH3			Na
	CH4			Xe
	CCl4			H2O
	C2H6			СS2
	C6H6			H2S
	CH3OH			NH3
	C2H5OH			CH4
	Ag			CCl4
	Br2			C2H6
	Cl2			C6H6
	F2			CH3OH
	H2			C2H5OH

 

Тема 4 Кинетика реакций горения

Задача 6. Во сколько раз изменится скорость реакции горения вещества в кислороде, если:

1. общее давление в системе увеличить в 3 раза;

2. концентрацию кислорода снизить в 2 раза;

3. концентрацию горючего вещества увеличить в 2 раза.

Считать, что горение веществ происходит в газовой фазе.

Вариант	Вещество
1.	бензол
2.	дипропиловый эфир
3.	метаналь (формальдегид)
4.	бутен-1
5.	этан
6.	этановая кислота (уксусная кислота)
7.	н - бутан
8.	этилэтаноат (этилацетат)
9.	этандиол-1,2 (этиленгликоль)
10.	толуол
11.	диметиловый эфир
12.	пропанон (ацетон)
13.	стирол
14.	бутанол-1
15.	пропан
16.	этен (этилен)
17.	этанол
18.	этин (ацетилен)
19.	бутен - 2
20.	пропаналь
21.	этилбензол
22.	метанол
23.	пропин
24.	пропанол-2
25.	пропен (пропилен)
26.	ацетальдегид (этаналь)
27.	диэтиловый эфир
28.	метановая кислота (муравьиная кислота)
29.	пропантриол -1,2,3 (глицерин)
30.	метан

Задача 7. Радиоактивный распад – реакция 1 порядка. Период полураспада радиоактивного изотопа τ лет (суток). Через какое время концентрация этого вещества составит n % от исходного? Сколько % радиоактивного вещества останется через t₁ лет (суток)?

 

Вариант	Радиоактивный изотоп	Период полураспада τ	n % от исходного количества	t1
	14С	5730 лет		1000 лет
	137Cs	29,7 лет		10 лет
	131I	8,1 сут		5 сут
	90Sr	28,1 лет		50 лет
	222Rn	3,82 сут		1 сут
	106Ru	367 сут		55 сут
	134Cs	2,3 лет		3,5 лет
	210Pb	22 лет		20 лет
	238U	4,5·109 лет		900 лет
	232Th	14·109 лет		500 лет
	239Pu	24000 лет		100 лет
	241Am	433 лет		150 лет
	241Pu	75 лет		100 лет
	14С	5730 лет		2000 лет
	137Cs	29,7 лет		5 лет
	131I	8,1 сут		1 сут
	90Sr	28,1 лет		30 лет
	222Rn	3,82 сут		5 сут
	106Ru	367 сут		500 сут
	134Cs	2,3 лет		8 лет
	210Pb	22 лет		12 лет
	238U	4,5·109 лет		2000 лет
	232Th	14·109 лет		1000 лет
	239Pu	24000 лет		800 лет
	241Am	433 лет		100 лет
	241Pu	75 лет		20 лет
	144Се	284,4 сут		35 сут
	51Cr	27,703 сут		25 сут
	134Cs	29,7 лет		13 лет
	131I	8,1 сут		15 сут

Задача 8. В реакции 2-го порядка А+В®2D известны начальные концентрации веществ А и В ([A]₀ и [B]₀) и скорость реакции при концентрации [A]_1,. Рассчитайте константу скорости и скорость реакции при концентрации вещества [B]₂.

 

вариант	[A]0, моль/л	[B]0, моль/л	Скорость реакции при [A]1, моль/(л∙с)	[A]1, моль/л	[B]2, моль/л
	1,5	1,5	2,0∙10-4	1,0	0,2
	2,0	3,0	1,2∙10-3	1,5	1,5
	3,0	2,0	2,7∙10-7	1,5	1,0
	1,0	2,5	3,0∙10-2	0,5	2,0
	1,0	2,0	1,5∙10-1	0,5	1,7
	2,5	1,5	5,0∙10-4	1,2	1,0
	0,5	0,5	2,0∙10-3	0,05	0,1
	2,0	1,0	0,2∙10-5	1,2	0,5
	1,5	1,0	1,0∙10-2	0,6	0,5
	3,0	3,0	4,2∙10-1	2,5	1,5
	0,8	1,0	1,5∙10-2	0,2	0,3
	0,5	0,9	1,2∙10-2	0,3	0,5
	1,3	1,1	1,5∙10-1	1,0	0,6
	2,5	2,2	1,8∙10-2	0,7	2,0
	2,1	1,7	1,6∙10-2	1,5	1,2
	1,8	1,3	1,9∙10-1	1,2	1,1
	1,5	1,0	1,3∙10-1	0,8	0,5
	2,8	2,0	2,0∙10-2	2,0	1,3
	1,7	0,7	3,0∙10-2	1,2	0,4
	0,9	0,8	5,0∙10-2	0,5	0,5
	2,7	3,0	3,2∙10-1	2,4	2,3
	1,8	1,5	1,5∙10-3	1,2	1,3
	1,5	2,9	1,2∙10-2	1,2	2,4
	1,1	1,3	2,5∙10-3	0,7	0,5
	0,5	1,2	3,3∙10-2	0,3	0,8
	3,2	1,9	3,5∙10-3	2,5	1,4
	3,8	3,3	2,5∙10-1	2,2	2,5
	4,4	3,5	2,7∙10-2	3,8	2,7
	1,9	2,3	3,7∙10-3	1,7	1,4
	2,6	1,9	3,0∙10-4	1,2	0,7

Задача 9.

При температуре t деревянный брусок сгорает за τ минут. Через какое время он сгорит при увеличении температуры на ∆t, если температурный коэффициент равен γ.

 

Вариант	t, ºС	∆t, ºС	γ	τ, мин
			2,0
			3,1
			3,9
			3,6
			2,4
			3,0
			2,15
			2,8
			2,65
			3,2
			4,0
			2,25
			3,5
			2,1
			2,75
			3,3
			2,5
			3,8
			2,35
			2,2
			2,85
			2,7
			2,55
			2,9
			2,3
			3,7
			2,95
			3,4
			2,45
			2,6

 

Задача 10.

Вычислите температурный коэффициент константы скорости реакции горения в температурном интервале t₁- t₂ при энергии активации, равной Е_а.

 

Вариант	t1, ºС	t2, ºС	Еа, кДж/моль

 

Задача 11.

Энергия активации горения вещества в условиях пожара составляет Е₁. При наличии в его составе диоксида марганца, выступающего в качестве катализатора горения, энергия активации снижается до Е₂. Во сколько раз возрастет скорость реакции горения, если значение температуры составляет t.

 

Вариант	t, ºС	Е1, кДж/моль	Е2, кДж/моль