- Termodynaamiset edellytykset - On olemassa ajava voima prosessin tapahtumiselle - Perusta - Kemiallinen potentiaali



Samankaltaiset tiedostot
Johdanto Termodynaamiset tasapainot -kurssiin Mihin termodynamiikkaa käytetään?

Korkealämpötilakemia

Korkealämpötilakemia

Standarditilat. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 2 - Luento 2. Tutustua standarditiloihin

Osio 1. Laskutehtävät

Kurssin tavoitteet, sisältö ja toteutus

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

Käytännön esimerkkejä on lukuisia.

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Sähkökemian perusteita, osa 1

Korkealämpötilakemia

Erilaisia entalpian muutoksia

Näkökulmia teräksen valmistusprosessien tutkimukseen ja kehitykseen

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

Ainemäärien suhteista laskujen kautta aineiden määriin

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

Seoksen pitoisuuslaskuja

Erilaisia entalpian muutoksia

SISÄLLYSLUETTELO SYMBOLILUETTELO 4

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

5.10 Kemia. Opetuksen tavoitteet

Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin

Lukion kemian OPS 2016

Reaktiosarjat

Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin

Kemia. Opetuksen tavoitteet

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

Sähkökemialliset tarkastelut HSC:llä

CHEM-A1250 KEMIAN PERUSTEET kevät 2016

Ilmiö 7-9 Kemia OPS 2016

Lasku- ja huolimattomuusvirheet - ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

5.10 KEMIA OPETUKSEN TAVOITTEET

Opintojakson nimi ja laajuus. Suositeltu suoritusajankohta. 1. vuosi 2. vuosi 3. vuosi. 1. syksy 1. kevät 2. syksy 2. kevät 3. syksy 3.

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko klo Termodynamiikan käsitteitä


KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Kurssi on toteutettu pääpiirteissään samalla tavalla jo noin 10 vuoden ajan.

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

PROSESSIMETALLURGIAN OPETUKSEN KEHITTÄMISTYÖRYHMÄN KOKOUS 1/2011

PROSESSIMETALLURGIAN OPETUKSEN KEHITTÄMISTYÖRYHMÄN KOKOUS 3/2014. Eetu-Pekka Heikkinen; pj, siht. Jussi Paavola (kohta 7) Olli Nousiainen (kohta 7)

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

3.10 Kemia. Opetuksen tavoitteet

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Torstai klo Termodynamiikan käsitteitä

Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

Bensiiniä voidaan pitää hiilivetynä C8H18, jonka tiheys (NTP) on 0,703 g/ml ja palamislämpö H = kj/mol

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

Ellinghamin diagrammit

Ilman suhteellinen kosteus saadaan, kun ilmassa olevan vesihöyryn osapaine jaetaan samaa lämpötilaa vastaavalla kylläisen vesihöyryn paineella:

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

Reaktioyhtälö. Sähköisen oppimisen edelläkävijä Empiirinen kaava, molekyylikaava, rakennekaava, viivakaava

BJ90A1000 Luonnonvarat ja niiden prosessointi kemianja energiateollisuudessa 3 op

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

Korkealämpötilakemia

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3. Kaasut

KE1 Ihmisen ja elinympäristön kemia

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

Konvertteriprosessien ilmiöpohjainen mallinnus Tutkijaseminaari , Oulu

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Teollinen kaivostoiminta

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Muovi- ja kumitekniikan perustutkinto

Lukion kemian OPS 2016

MIKKELIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka T8415SJ Energiatekniikka. Hannu Sarvelainen HÖYRYKATTILAN SUUNNITTELU

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

KE Johdatus prosesseihin, 2 op. Aloitusluento, kurssin esittely

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1. Syksy 2012 Vastuuopettaja prof. Timo Fabritius Prosessimetallurgian laboratorio

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

Prosessi-, kemian- ja materiaalitekniikka. Laboratorioalan Ammatillisiin Opintoihin Tutustuminen

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

Lukion kemian OPS 2016

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

(T = TIEDOKSI / K = KESKUSTELTAVAKSI / P = PÄÄTETTÄVÄKSI)

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

Palautejärjestelmän kautta palautetta antoi 19,19 % kurssille ilmoittautuneista opiskelijoista.

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1. Syksy 2012 Vastuuopettaja prof. Timo Fabritius Prosessimetallurgian laboratorio

c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

Prosessimetallurgian opintosuunta

Reaktiot ja energia. Kurssin yleiset tiedot. (työt to-pe!!! Ehkä ma-ti) Kurssi 3 (syventävä): Reaktiot ja energia, Ke3 Tunnit (45min):

AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko

Palautus yhtenä tiedostona PDF-muodossa viimeistään torstaina

Entalpia - kuvaa aineen lämpösisältöä - tarvitaan lämpötasetarkasteluissa (usein tärkeämpi kuin sisäenergia)

METALLIEN JALOSTUKSEN YLEISKUVA

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Transkriptio:

Luento 1: Yleistä kurssista ja sen suorituksesta Tiistai 9.10. klo 10-12 Kemiallisten prosessien edellytykset - Termodynaamiset edellytykset - On olemassa ajava voima prosessin tapahtumiselle - Perusta - Kemiallinen potentiaali - Kineettiset edellytykset - Prosessi tapahtuu mielekkäässä ajassa - Reaktiokinetiikka - Aineensiirto - Lämmönsiirto - Tekniset edellytykset - Halutut ilmiöt tapahtuvat hallitusti - Ei-haluttujen ilmiöiden ehkäisy tai hidastaminen - Energeettiset edellytykset - Optimaalisten termofysikaalisten olosuhteiden luominen - Reagoivien aineiden kohtaaminen Mitä on termodynamiikka? - Fysikaalinen kemia pyrkii selittämään aineiden fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista tehtyjä havaintoja - Termodynamiikka on fysikaalisen kemian osa, joka tarkastelee - tasapainoja - todennäköisyyksiä - aineen olomuodossa, faasirakenteessa ja kemiallisessa laadussa tapahtuvia muutoksia sekä näihin liittyviä energian muutoksia (lämpö, työ, sisäinen energia) - Termodynamiikka ei tunne aikaa muuttujana

Termodynamiikkaa tekniikan opiskelijoille 477401A - Termodynaamiset tasapainot (Syksy 2012) - Kurssi ei esittele termodynamiikkaa kattavasti - insinöörille työkalu - Ymmärtää - Hallita - Suunnitella - Optimoida - Mallintaa - Säätää - Tietyn teoreettisen taustan osaaminen on kuitenkin edellytys työkalun mielekkäälle käytölle - Luotettavuus - Mahdollisuudet - Rajoitukset - Käyttökohteet Esitellään tapauksia, joissa termodynamiikkaa käytetään + Teoriaa niiltä osin kuin se on tarpeellista Mihin suuntaan kemialliset reaktiot tapahtuvat? Paljonko reaktioissa vapautuu/sitoutuu lämpöä? Mikä on suurin lämpötila, joka voidaan saavuttaa jotain ainetta polttamalla? Mikä on tuotteen koostumus tasapainossa? Mikä on suurin mahdollinen saanti? Miten reaktiotasapainoon vaikuttavat olosuhteiden muutokset? Mitkä olosuhteet valitaan, jotta reaktio olisi mahdollinen? - Termodynamiikan hyödyntäminen käytännön prosessiteollisuudessa - Uusien prosessien kehitys - Olemassa olevien prosessien ohjaus, säätö ja hallinta - Ongelmakohtien paikantaminen - Reklamaatiot - Termodynamiikan hyödyntäminen yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa - Laajemmat termodynaamiset tarkastelut - Uusien termodynaamisten mallien kehittäminen - Termodynaamisen datan määritys

Fysikaalisen kemian opinnot osana prosessi- ja ympäristötekniikan opintoja - Deskriptiivisen vaiheen opinnot - Prosessitekniikan perusta (477011P) - Analyyttisen vaiheen opinnot - Taselaskenta (477201A) - Termodynaamiset tasapainot (477401A) - Reaktorianalyysi (477202A) - Synteesivaiheen opinnot - Prosessisuunnittelu (477203A) - Syventävät opinnot (DI-vaihe) - Kemiantekniikan termodynamiikka (477204S) - Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa (477412S) Ydinainesanalyysi Tieteellisen osaamisen näkökulma Ammatillisen osaamisen näkökulma Kurssin aikana kerrattava pohjatieto Termistöä. Lämpökemian perusteet. Aine- ja lämpötaseiden laadintaa. Ydinaines Must know Termistöä. Entropia. Gibbsin energia. Yksinkertaisten termodynaamisten tasapainojen määritys prosessitekniikan kohteissa. Täydentävä tietous Should know Epäideaalisuus. Aktiivisuuskerroin. Termodynaamisten tasapainonlaskentaohjelmistojen hyödyntäminen tasapainojen määrityksessä. Lisätietämys Nice to know Esimerkkitapauksia prosessiteollisuudesta. Tasapainojen graafinen esittäminen.

Aikataulu ja luentojen sisällöt 477401A - Termodynaamiset tasapainot (Syksy 2012) Päivä Aika Sali Aihe Ma 8.10. 14-16 TF103 Mikroluokkaharjoitus ryhmälle 1: HSC Ti 9.10. 10-12 PR104 1 - Reaktioyhtälön kirjoittaminen ja stökiömetriset kertoimet To 11.10. 14-16 PR105 2 - Lämpökemiaa, osa 1 Ma 15.10. 14-16 TF103 Mikroluokkaharjoitus ryhmälle 2: HSC Ti 16.10. 10-12 PR104 3 - Lämpökemiaa, osa 2 To 18.10. 14-16 PR105 4 - Entropia Ma 22.10. 14-16 TF103 Mikroluokkaharjoitus ryhmälle 3: HSC Ti 23.10. 10-12 PR104 5 - Puhtaiden aineiden väliset reaktiot To 25.10. 14-16 PR105 6 - Kaasutasapainot Ma 29.10. 14-16 TF103 Mikroluokkaharjoitus ryhmälle 4: HSC Ti 30.10. 10-12 PR104 7 - Faasitasapainot To 1.11. 14-16 PR105 8 - Epäideaalisuus ja aktiivisuuskerroin Ma 5.11. 14-16 TF103 Mikroluokkaharjoitus ryhmälle 5: HSC Ti 6.11. 10-12 PR104 9 - Termodynaamisten tasapainojen graafinen esittäminen, osa 1 To 8.11. 14-16 PR105 10 - Termodynaamisten tasapainojen graafinen esittäminen, osa 2 Suoritustapa Kurssin aikana kootaan kurssin sisältöön liittyvää materiaalia, joista kurssin päätyttyä kootaan ns. näyteportfolio, jolla osoitetaan opettajalle, että työn tekijä on oppinut kurssin kannalta keskeiset asiat (ks. ydinainesanalyysi). Näyteportfolion rakenne: - Teoriaosio (Luentomateriaalin luku 9 Vastaukset lyhyisiin kysymyksiin, 10 kpl, tai esseetehtäviin, 3 kpl). Voi olla myös omaaloitteisesti laadittu teoriaosio, jossa on esitetty vastaavat asiat. - Tehtäväosio (Ratkaisut annettuihin kotitehtäviin, 5 kpl) Voi sisältää myös muita tehtäviä ratkaisuineen. - HSC-osio (Ohjeistus mikroluokkaharjoituksen yhteydessä) Pakollinen! Tehdään pareittain. Kotitehtävän 5 ja teoriatehtävien viimeinen palautuspäivä on 14.12.2011. Kotitehtävien 1-4 ratkaisut on palautettava seuraavan luentokerran alkuun mennessä. Mikroluokkaharjoituksen työselostus on palautettava kahden viikon kuluessa harjoituksesta. Muut suoritustavat ovat mahdollisia vain erikseen sovittavissa erikoistapauksissa.

Luento 1: Reaktioyhtälön kirjoittaminen ja stökiometriset kertoimet sekä pitoisuusyksikköjen muuttaminen toisikseen Tiistai 9.10. klo 10-12 Reaktioyhtälön kirjoittaminen Prosessiteollisuudessa joudutaan usein tekemisiin monimutkaisten reaktioiden ja niiden kombinaatioiden kanssa. Stökiömetrisiä suhteita, jotka sitovat toisiinsa reaktioihin osallistuvia ainemääriä ei kannata arvailla ne on laskettava. Reaktioyhtälöitä kirjoitettaessa on aina huomioitava, että: - molemmilla puolilla yhtälöä on sama ainemäärä kaikkia alkuaineita - molemmilla puolilla yhtälöä on sama sähkövaraus Määritys esim. muodostamalla ja ratkaisemalla yhtälöryhmä ks. harjoitustehtävät ja niiden ratkaisut Mooliosuudet ja massaprosenttiosuudet Seosfaaseista puhuttaessa pitoisuudet voidaan ilmoittaa joko mooliosuuksina, tilavuusosuuksina tai massaprosenttiosuuksina. Tarvittaessa on osattava tehdä muutokset pitoisuusmuuttujien välillä. Muutoksia varten on tunnettava seoksessa mukana olevien aineiden moolimassat (g/mol) ja tiheydet (g/cm 3 ) sekä yhtälöt, joilla ainemäärien, massojen ja tilavuuksien - sekä sitä kautta mooliosuuksien, massaprosenttiosuuksien ja tilavuusosuuksien - väliset suhteet saadaan kuvattua: n = m/m = m/v n on ainemäärä m on massa M on moolimassa on tiheys V on tilavuus Lisäksi on muistettava, että: Mooliosuus: X i = n i /n tot Massaprosenttiosuus: [p-%] i = m i /m tot

Tehtäviä luennolle 1 477401A - Termodynaamiset tasapainot (Syksy 2012) 1. Määritä seuraavan reaktion stökiömetriset kertoimet: v 1 Fe 3 O 4 (s) + v 2 (FeS) kivi + v 3 SiO 2 (s) = v 4 Fe 2 SiO 4 (l) + v 5 SO 2 (g) 2. Määritä seuraavan ionireaktion stökiömetriset kertoimet: v 1 Cr 2 O 7 2- + v 2 Fe 2+ + v 3 H 3 O + = v 4 Cr 3+ + v 5 Fe 3+ + v 6 H 2 O 3. Sähkökemiallinen reaktio. Kuparikiisun anodisessa liuotuksessa eräs mahdollinen reaktio on raudan liukeneminen selektiivisesti samalla kun kuparikiisu muuttuu borniitiksi: CuFeS 2 (s) - v 1 e - = v 2 Cu 5 FeS 4 (s) + v 3 Fe 2+ (aq) + v 4 S (s) Mitkä ovat reaktion stökiömetriset kertoimet? Entä mikä on kokonaisreaktio ja sen kertoimet? Elektrolyyttinä käytetään rikkihappoliuosta, ja katodilla vapautuu vetykaasua (H 2 ). 4. Wüstiitti, FeO tai FeO x on epästökiömetrinen yhdiste, joka koostuu kahden- ja kolmenarvoisista rautaioneista (Fe 2+ ja Fe 3+ ) sekä happi-ioneista (O 2- ). 1200 ºC:ssa tasapainossa magnetiitin kanssa sen happipitoisuus on 25 p-% ja tasapainossa metallisen raudan kanssa sen happipitoisuus on 23,2 p-%. (a) Kuinka paljon hiilimonoksidia kuluu, kun wüstiitti pelkistyy magnetiittirajalta rautarajalle. Reaktio on muotoa: FeO x + v 1 CO = FeO x + v 1 CO 2 (b) Kuinka paljon wüstiiteissä FeO x ja FeO x on Fe 2+ :aa ja Fe 3+ :aa yhtä wüstiittimoolia kohden?

5. Suurin osa raudasta valmistetaan masuunilla, jonka tuotteena saatava ns. raakarauta sisältää noin 4,5 p-% hiiltä. Mikä on tällöin hiilen mooliosuus raaka-raudassa (= Fe-C-seos)? M Fe = 55,845 g/mol M C = 12,011 g/mol 6. Nesteseos sisältää 5 til-% etanolia (C 2 H 5 OH) ja loput vettä (H 2 O). Mitkä ovat etanolin ja veden mooliosuudet ja massaprosenttiosuudet ko. liuoksessa? M H2O = 18,015 g/mol H2O = 1,000 g/cm 3 M C2H5OH = 46,068 g/mol C2H5OH = 0,789 g/cm 3