14. Реакция вз-ия углерода с углекислым газом

Вз-ие углерода с углек. газом протекает по р-ции: (1) и (2). Рассм. система состоит из двух фаз – твердого углерода и газа (f = 2). Три вз-их в-ва связаны между собой одним ур-ем р-ции, =>, кол-во независимых компонентов k = 2. Согласно правилу фаз Гиббса число степеней свободы системы будет равно: С = 2 + 2 – 2 = 2 . Это означает, что равновесные конц-ции СО и СО₂ явл-ся ф-циями T и P. Р-ция (1) является эндотермической. Поэтому согласно принципу Ле-Шателье повышение Т смещает равновесие р-ции в направлении образования доп. количества СО. При протекании р-ции (1) расходуется 1 моль СО₂, который при н.у. имеет объем 22400 см3, и 1 моль твердого С объемом 5,5 см3. В результате р-ции образуется 2 моля СО, V которых при н.у. равен 44800 см³. Из привед. выше данных об изменении V реагентов при протекании р-ции (1) следует: рассм. превращение сопровождается увеличением V вз-их в-в. Поэтому в соотв. с принципом Ле-Шателье повышение Р будет способствовать протеканию р-ции в направлении образования СО₂. Изменение объема твердой фазы пренебрежимо мало в сравнении с изменением объема газа. Поэтому для гетерогенных р-ций с участием газообразных в-в с дост. точностью можно считать, что изменение объема вз-их в-в опр-ся только кол-вом молей газообразных в-в в правой и левой частях ур-ия р-ции. Константа равновесия р-ции (1) опр-ся из выр-ия: (3). (5)

Если в качестве СС при определении активности С принять графит, то a_c=1. Числ. зн-ие константы равновесия р-ции (1) можно опр-ть из ур-ия: (5). Данные о влиянии T на величину константы равновесия реакции приведены в таблице(1). Табл.1 – Значения константы равновесия р-ции (1) при различных температурах:

T(K)	500	1000	1500	2000	2500	3000
lgK	-8,7	0,28	3,27	4,77	5,67	6,27

Из привед. данных видно, что при Т около 1000К (700^оС) константа равновесия р-ции близка к единице. Это означает, что в области умеренных температур р-ция (1) практич. полностью обратима. При высоких Т р-ция необратимо протекает в направлении образования СО, а при низких Т в обратном направлении. Если газ. фаза состоит только из СО и СО₂, выразив парциальные давления вз-их в-в через их объемные конц-ции, ур-ие (4) можно привести к виду:

(6). Решение ур-ия (6) позволяет рассчитать (%СО) в равновесной газ. смеси при различных Ти Р. В промыш. условиях СО и СО₂ получают в результате вз-ия с О₂ воздуха или дутья, обогащенного О₂. При этом в системе появл-ся еще один компонент – азот. Введение азота в газовую смесь влияет на соотношение равновесных концентраций СО и СО₂ аналогично уменьшению Р. Из ур-ия (6) видно, что состав равновесной газовой смеси явл-ся ф-цией Т и Р. Поэтому решение ур-ия (6) графически интерпретируется при помощи пов-ти в трехмерном пространстве в координатах Т, Р_общ и (%СО). Восприятие такой зав-ти затруднено. Значительно удобнее изображать ее в виде зав-ти состава равновесной смеси газов от одной из переменных при постоянстве второго из параметров системы. В качестве примера на рисунке 2.1 приведены данные о влиянии Т на состав равновесной газовой смеси при P_общ = 10⁵ Па.