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.
ВычислитеDH0х.р, ∆S0х.р., DG0T и Кр 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 tкип. 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 Еа.
| 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 .