1.4.2 Розрахунок хімічного процесу при будь-якій заданій температурі

Виходячи з рівняння Гіббса - Гельмгольца , в свою чергу

, , відповідно

.

(1.41)

1) :

( у конденсованих системах);

(1.42)

2. , то ( – не залежить від температури)

;

(1.43)

3. , тоді

(1.44)

Приклад 17. Для хімічного процесу MnO_2(кр.) + 2C_{(графіт)} → 2CO_(г.) + Mn_(α) визначити зміну енергії Гіббса за умов, що , та Т = 500 К.

Розв’язок. ; ; .

. Згідно з рівнянням (1.42) запишемо:

.

, рівняння (1.43):

2 Хімічні рівноваги

2.1 Закон діючих мас. Константи рівноваги гомогенних реакцій

Якщо в системі перебігає хімічний процес (1.1), то при ,

,

(2.1)

де – рівноважні концентрації учасників реакції; – константа рівноваги, виражена через рівноважні концентрації учасників реакції; – рівноважні тиски учасників процесу; – константа рівноваги, виражена через рівноважні парціальні тиски учасників реакції.

Ці рівняння є математичним виразом закону діючих мас:

відношення добутку рівноважних концентрацій (парціальних тисків) продуктів реакції, узятих у степенях, що дорівнюють їх стехіометричним коефіцієнтам, до аналогічного добутку для вихідних речовин при даній температурі є величина стала.

2.2 Одиниці виміру констант рівноваг

1. У системі СГС: → ;

у системі СІ: → ,

Оскільки , то

.

(2.2)

.

Якщо , то і є безрозмірними величинами.

2. У системі СГС: → ;

у системі СІ: → .

Оскільки , то

.

(2.3)

Якщо , то і є безрозмірними величинами.

2.3 Зв'язок між та

,

(2.4)

де - зміна кількості молів газоподібних речовин в результаті перебігу хімічного процесу.

У системі СГС: , тоді

,

(2.5)

де у , у .

У системі СІ: , тоді

,

(2.6)

де у , у .

Зауважимо, що при всі константи, незалежно від способу вираження складу рівноважної системи, будуть однаковими і не матимуть розмірності.

Аналіз рівняння (2.4) свідчить, якщо:

> 0, то >

< 0, то <

= 0, то = .

2.4 Хімічна рівновага в гетерогенних реакціях

Гетерогенними називаються процеси, в яких учасники перебувають у різних фазах (рідини, гази, кристали).

Якщо в реакції беруть участь конденсовані фази (кристали, рідини), то при постійній температурі парціальні тиски пар учасників процесу, що перебувають у конденсованому стані, постійні. Ці постійні величини можна ввести в константу рівноваги, і тоді вона визначатиметься рівноважними парціальними тисками газоподібних учасників реакції.

Наприклад:

.

У цій хімічній системі присутні три фази: дві кристалічні і одна газоподібна (суміш газів ).

, оскільки , то вони включаються у константу рівноваги:

.

Отже, у рівняння для гетерогенних реакцій входять парціальні тиски тільки газоподібних учасників процесу.

Приклад 18.

У хімічній системі у стані рівноваги відбувається реакція при

. Визначити константу рівноваги , якщо загальний тиск газів у системі .

Розв’язок. , . Відповідно до стехіометрії , тоді , звідси , отже

.

Приклад 19.

Знайти константу рівноваги хімічного процесу

FeO_(кр.) +CO_(г.)→Fe_(α)+ СO_2(г.), який знаходиться у рівновазі при , якщо , а рівноважна суміш газів містить 7% .

Розв’язок. , в свою чергу , звідки , а , тоді , а , звідси .

Приклад 20. Для хімічного процесу H₂O_(г.) + Fe_(α) ↔ FeO_(кр.) + H_2(г.), який перебуває у рівновазі при Т = 1200 К , а . Знайти рівноважні парціальні тиски та .

Розв’язок. , , тоді , звідки , → , відповідно .