• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Розрахунки констант хімічної рівноваги

В теоретичних розрахунках і на практиці звичайно визначають як константи рівноваги за стандартних умов (Т = 298 К і Р = 1,013×10⁵ Па), так і константи рівноваги при будь-якій температурі.

Константу рівноваги при 298 К (К_р,298) можна визначити, виходячи з рівняння ізотерми реакції Вант-Гоффа

. (6.11)

Можна визначити К_р,298 і шляхом алгебраїчного підсумовування допоміжних реакцій, стандартні константи рівноваги яких відомі (докладно цей метод для визначення описаний на стор. 26). У даному випадку правило визначення константи рівноваги має вигляд:

якщо Х = ±mI ±nII ± … ± iI; (6.12)

то , (6.13)

де Х – базове рівняння, для якого треба визначити К_р,298,х; І. ІІ, …, І – допоміжні реакції, стандартні константи рівноваги яких (gК_р,298,І і т.д.) відомі; m, n, …, i –коефіцієнти при допоміжних реакціях.

Визначення констант рівноваги реакцій при будь-якій температурі засновано на застосуванні рівнянь ізотерми реакції Вант-Гоффа і Гіббса-Гельмгольца у вигляді:

; (6.14)

. (6.15)

При визначенні DН_Т і DS_Т можна скористатись емпіричним температурним рядом теплоємкості (3.8; 4.9). У цьому випадку дістанемо рівняння Тьомкіна-Шварцмана

. (6.16)

Якщо визначати DН_Т і DS_Т за допомогою функцій тепловмісту і приведеної енергії Гіббса (3.9; 4.10), одержимо рівняння

. (6.17)

Можна розрахувати константу рівноваги прямим методом за рівняннями (6.1; 6.2), визначивши експериментально рівноважні концентрації (парціальні тиски) реагуючих речовин.

Задача 6.1.Феромарганець (сплав марганцю з залізом) в промислових умовах одержують шляхом відновлення залізної руди і оксиду марганцю (IV) коксом (вуглецем) за реакцією

Х. Fe₂O₃ + MnO₂ + 5C = 2Fe + Mn + 5CO.

Визначити константи рівноваги реакції при 298 і 1000 К і зробити висновки що до умов проведення реакції.

Розв'язання. Константу рівноваги при 298 К визначимо за рівнянням (6.13), підібравши з табл. Д.3 допоміжні реакції, К_р,298 яких відомі:

I. Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂ +1 gK_p,298,I = 5,50;

II. MnO₂ + 2C = Mn + 2CO +1 gK_p,298,II = -33,77;

III. 2CO = C + CO₂ -3 gK_p,298,III = 21,02.

Для реакцій І і ІІ індикатори (підкреслені), коефіцієнти і знаки підбираємо як звичайно (стор. 26). Оскільки для третьої реакції підібрати індикатор неможливо, то знак і коефіцієнт для неї підбирають таким чином, щоб можна було при підсумовуванні реакцій скоротити речовину, що не входить в рівняння Х (СО₂). Зваживши на кількість моль СО₂ в рівнянні І(3) і на коефіцієнт при рівнянні (+1), вибираємо для третьої реакції коефіцієнт (-3).

Перевірку проводимо за рівнянням (6.12) – позитивна. Константа рівноваги при 298 К має значення:

gК_р,298,х = gК_р,298,І + gК_р,298,ІІ -3gК_{р,298,ІІІ} =

= 5,50 + (-33,77) - 3×21,02 = -90,77;

К_Р,298,х = 1,7×10^-91.

Видно, що константа рівноваги при 298 К дуже мала величина і реакція за цих умов зміщена ліворуч на 100%. Одержати при 298 феромарганець не можна.

Визначимо якісний вплив температури на константу рівноваги реакції (Х). З цією метою обчислимо тепловий ефект реакції за рівнянням (3.2)

Оскільки DН > 0, то виходячи з рівняння ізобари (7.12), можна сподіватись, що при підвищенні температури константа рівноваги зростатиме. Визначимо константу рівноваги при 1000 К за рівнянням Тьомкіна-Шварцмана (6.16):

;

К_р,1000 = 2,2×10⁵.

Таким чином, реакція одержання феромарганцю вже при 1000 К протікає в прямому напрямку на 100%.

Задача 6.2.В промисловості хром добувають відновленням оксиду хрому (ІІІ) алюмінієм за реакцією

Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃.

Визначити константи рівноваги реакції при 298 і 1000 К, якщо відомі зміна тепловмісту реакції при 298 К (4,52 кДж) і зміна приведеної енергії Гіббса при 1000 К (-26,29 Дж/К).

Розв'язання. Константу рівноваги реакції при 298 К визначимо за рівнянням Вант-Гоффа (6.11):

.

;

К_р,298 = 6,8×10⁹¹.

Константу рівноваги при 1000 К знайдемо за рівнянням (6.17)

;

;

К_р,1000 = 7,1×10²⁶.

Таким чином, реакція відновлення з оксиду хрому алюмінієм проходить самодовільно на 100% і при 298 і при 1000 К. При зростанні температури значення константи рівноваги зменшується, що відповідає рівнянню ізобари, бо DН < 0. В промисловості реакцію проводять при високих температурах, бо при низьких - швидкість реакції мала.

Читайте також:

1. А. Розрахунки з використанням дистанційного банкінгу.
2. Аварійне та довгострокове прогнозування хімічної обстановки
3. АКТУАРНІ РОЗРАХУНКИ
4. Актуарні розрахунки
5. Аналіз загальної рівноваги
6. Аналіз часткової рівноваги Крива виробничих можливостей
7. Аналіз часткової та загальної рівноваги
8. Аналіз часткової та загальної рівноваги
9. Безготівкові розрахунки
10. Безготівкові розрахунки із застосуванням платіжних доручень, платіжних вимог-доручень, платіжних вимог
11. Безготівкові розрахунки фізичних осіб розрахунковими чеками
12. Безготівкові та готівкові розрахунки

Переглядів: 1475