Х-210801 / материалы для самостоятельного изучения некоторых разделов курса / Фрагменты лекций / Расчеты химического равновесия

Расчеты химического равновесия

Определение возможности протекания реакции

в выбранном направлении при известных начальных

условиях

Пример

Имеется смесь следующих идеальных газов: A, B, C.

Известны парциальные давления компонентов газовой смеси при некоторой температуре : , , . Определите, в каком направлении (прямом или обратном) будет протекать следующая реакция:

2A+B = 2C , а также определите, в каком направлении ( в сторону исходных веществ или в сторону продуктов) будет смещаться равновесие при изобарном повышении температуры.

Решение

О направленности реакции судят по уравнению изотермы Вант-Гоффа

Если бы была известна , то мы рассчитали

и по знаку сделали вывод о том, самопроизвольна ли прямая реакция, или система находится в состоянии равновесия.

Раз константа равновесия при данной температуре неизвестна, то используем уравнение, записанное через стандартное мольное изменение энергии Гиббса . Находим ₍₁₀₀₀₎ (например, по методу Темкина-Шварцмана):



Если дифференциальное мольное изменение функции Гиббса отрицательно, то реакция может идти слева направо.

Смещение равновесия при изобарном повышении температуры рассматривается по изобаре Вант-Гоффа в зависимости от знака стандартной мольной энтальпии реакции.

Определение факторов, влияющих на выход продукта в системе с одной реакцией. Решение прямой задачи химического равновесия

Общий принцип расчета равновесного состава

Константа равновесия известна

,моль

=

= + + =

= 

Анализируем:

Задаем 2-3 значения , считаем

Строим график

Находим из графика по заданному

значению константы равновесия 

Влияние начального состава смеси на выход продукта

А. Смесь стехиометрического состава, продуктов в начальный момент времени нет.

,моль 1 2

В. Смесь стехиометрического состава, в ней имеется некоторое количество продукта реакции в начальный момент времени

,моль 1 2 0,5

С. Смесь нестехиометрического состава, продуктов в начальный момент времени нет.

,моль 3 3 0

Влияние постороннего (индифферентного) газа (ИГ)

на выход продукта

Пусть реакция, рассмотренная ранее (А), протекает при постоянном давлении в присутствии газа, не принимающего участия в этой реакции, его количество . =

В общем виде

= 0 , индифферентный газ не влияет на выход продукта.

> 0, введение ИГ увеличивает выход продукта

<0, выход продукта уменьшается при введении ИГ

В рассматриваемой реакции = 1−1−2 = −2

= 

Влияние давления на выход продукта

_rv^o ; = f (p)

В приближении идеального газового раствора, =1,

Если > 0, то с ростом давления равновесный состав системы смещается в сторону уменьшения мольных долей продуктов реакции и увеличения мольных долей исходных веществ.

При постоянной температуре давление оказывает большое влияние на выход продукта.

Оценим этот фактор с точки зрения величины степени термической диссоциации

Пусть при постоянной температуре протекает реакция термической диссоциации

Br₂ = 2Br

Константа равновесия этой реакции

При Т=1000 К, 3,510⁵ ([p]=1 атм)

При 0,1 атм = 0,007

При 1 атм  = 0,003

При 10 атм  = 0,001.

Другая реакция А + В = С

Влияние давления на выход продукта определяется знаком изменения  числа молей газообразных участников реакции и зависимостью константы равновесия от давления.

Реакция		Увеличение внешнего давления
Cтв + CO2г =2 COг
С2H2г +2,5 O2=2CO2г +H2Oг
СH4г +2O2г =CO2г +2H2Oг

По определению константа равновесия в ршкале не зависит от давления, если мы говорим об идеальных газах.

Но при давлении большем, чем 30 атм, поведение большинства газов сильно отличается от поведения идеальных газов и константа равновесия будет зависеть от давления.

Если принять для реакции 3 при 1200 К и 1 атм 1, то при той же температуре и давлении 500 атм 0,653 .

Влияние температуры на выход продукта

 т.е. нужно знать знак

Повышение температуры ведет к увеличению выхода продукта эндотермической реакции (принцип смещения равновесия ЛеШателье). ричем, чем больше стандартная мольная энтальпия реакции, тем интенсивнее увеличивается выход данного продукта.

Решение обратной задачи химического равновесия

 Расчетные методы

По справочным данным

Находим (например, по методу Темкина-Шварцмана):

Комбинирование реакций

1. 2FeO = 2Fe + O₂

2	FeO + H2 = H2O + Fe	x 2
3	2H2O = 2H2 + O2	x 1
	2FeO = 2Fe + O2	2+

2+= = 

2+=

Методы расчета для органических соединений

Стандартное мольное изменение энергии Гиббса при образовании соединений обусловлено природой и числом атомных связей в его молекуле, т.е. каждому типу связей соответствует определенное значение энергии Гиббса.

.

 Экспериментальное определение констант равновесия

Химические методы Физические методы

6