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) + 2Н_2(г) = СН₃ОН_(г)
	N_2(г) + 3H_2(г) =2NH_3(г)
	2HBr_(г) = H_2(г) + Br_2(г)
	N_2(г) + O_2(г) = 2NO_(г)
	COCl_2(г) = CO_(г) + Cl_2(г)
	4 NH_3(г) + 5 О_2(г) = 4 NO_(г) + 6 H₂O _(г)
	2 NH_{3 (ж)} + H₂SО₄_(ж) = (NH₄)₂SО_{4 (}_тв)
	CH₃OH _(г) + 3/2 O_2(г) = CO_2(г) + 2H₂O _(г)
	2 H₂S_(г) = 2 Н_2(г) + S₂_(г)
	2Н₂О_(г)+ O_2(г) = 2Н₂О₂_(г)
	2 СО_(г) + O_2(г) = 2 CO₂_(г)
	СО_(г) + Н₂O_(г) = СО_2(г) + 2Н_2(г)
	2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г)
	2 SO₂₍_г) + O₂_(г)= 2 SO₃₍_г)
	2NO_(г) + Cl_2(г) = 2 NOCl_(г)
	4 HCl_(г) + O_2(г)=2Н₂О_(г)+ 2 Cl_2(г)
	H_2(г) + Br_2(г) = 2HBr_(г)
	Cl_2(г)+2HI_(г) = I_2(г)+ 2HCl_(г)
	H_2(г) + I₂_(г)= 2HI_(г)
	2СН₃ОН_(г)+ О_2(г) = 2НСОН_(г) + 2Н₂О_(г)
	SO₂₍_г)+ Cl_2(г) = SO₂Cl₂₍₍_г)
	2 СО_(г) + 2Н_2(г) = СН_4(г) + СО_2(г)
	H₂O_(г) + Cl_2(г)= 2HСl_(г) + 1/2O_2(г)
	4NO_(г) = 2N₂O_(г) + O_2(г)
	4HCl_(г) + O_2(г)= 2H₂O_(г) + 2Cl_2(г)
	SO_2(г)+ NO_2(г)= SO_3(г)+ NO_(г)
	2СO_(г) + 4 H_2(г) = С₂Н₅OН_(ж) + H₂O_(ж)
	С₆Н_6(г) +3Н₂₍_г₎ = С₆Н₁₂₍_г₎
	2СН_4(г)= C₂H_2(г)+ 3H_2(г)
	2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(г)

Задание 2.

При температурах Т₁=298 К и Т₂рассчитать: 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	t_кип, ºС	Вариант	Вещество	t_кип, 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	4,5·10⁹лет		900 лет
	²³²Th	14·10⁹лет		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	4,5·10⁹лет		2000лет
	²³²Th	14·10⁹лет		1000лет
	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]₀и [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	Е_а, 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