- •Нижний Новгород
- •Цель работы
- •Теоретический материал
- •Практическая часть
- •Обсуждение результатов Опыт 1 Пробирка №1
- •Пробирка №2
- •Опыт 2 Пробирка №1
- •Пробирка №2
- •Опыт 3 Пробирка №1
- •Вредные вещества, применяемые в работе
- •Литература
- •Цель работы
- •Теоретический материал.
- •Практическая часть Опыт 1.
- •Опыт 2(3б)
- •Вредные вещества,применяемые в работе.
- •Литература
- •Цель работы
- •Теоретический материал.
- •Способы выражения константы равновесия
- •Стандартная константа равновесия
- •Константа равновесия реакций в гетерогенных системах
- •Константа равновесия и изменение энергии Гиббса
- •Зависимость константы равновесия от температуры
- •Константа равновесия и константа скорости реакции
- •Методы расчета константы равновесия
- •Энтропийный расчёт изменения энергии Гиббса и константы равновесия реакции
- •Влияние температуры
- •Влияние давления
- •Влияние инертных газов
- •Влияние концентрации
- •Вредные вещества,применяемые в работе.
- •Литература
- •Массовая доля (также называют процентной концентрацией)
- •Объёмная доля
- •Молярность (молярная объёмная концентрация)
- •Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента)
- •Мольная (молярная) доля
- •Моляльность (молярная весовая концентрация)
- •Титр раствора
- •Другие способы выражения концентрации растворов
- •Применимость способов выражения концентрации растворов, их свойства
- •Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим
- •Практическая часть Опыт 1
- •Опыт 2
- •Литература
- •«Электрохимические процессы»
- •Электролиз
- •Практическая часть
- •Вредные вещества, применяемые в работе
- •Литература
- •«Комплексные соединения»
- •Нижний Новгород
- •Цель работы
- •Теоретический материал
- •Массовая доля (также называют процентной концентрацией)
- •Объёмная доля
- •Молярность (молярная объёмная концентрация)
- •Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента)
- •Мольная (молярная) доля
- •Моляльность (молярная весовая концентрация)
- •Эквивалентная масса
- •Обсуждение результатов Опыт 1
- •Опыт 2 Пробирка №1
- •Пробирка №2
- •Опыт 3 Пробирка №1
- •Вредные вещества, применяемые в работе
- •Литература
Способы выражения константы равновесия
Для реакции в смеси идеальных газов константа равновесия может быть выражена через равновесные парциальные давления компонентов pi по формуле[1]:
где νi — стехиометрический коэффициент (для исходных веществ принимается отрицательным, для продуктов — положительным). Kp не зависит от общего давления, от исходных количеств веществ или от того, какие участники реакции были взяты в качестве исходных, но зависит от температуры [2].
Например, для реакции окисления монооксида углерода:
2CO + O2 = 2CO2
константа равновесия может быть рассчитана по уравнению:
Если реакция протекает в идеальном растворе и концентрация компонентов выражена через молярность ci, константа равновесия принимает вид:
Для реакций в смеси реальных газов или в реальном растворе вместо парциального давления и концентрации используют соответственно фугитивность fi и активность ai:
В некоторых случаях (в зависимости от способа выражения) константа равновесия может являться функцией не только температуры, но и давления. Так, для реакции в смеси идеальных газов парциальное давление компонента может быть выражено по закону Дальтона через суммарное давление и мольную долю компонента (), тогда легко показать[2], что:
где Δn — изменение числа молей веществ в ходе реакции. Видно, что Kx зависит от давления. Если число молей продуктов реакции равно числу молей исходных веществ (Δn = 0), то Kp = Kx.
Стандартная константа равновесия
Стандартная константа равновесия реакции в смеси идеальных газов (когда начальные парциальные давления участников реакции равны их значениям в стандартном состоянии = 0,1013 МПА или 1 атм) может быть рассчитана по выражению:
где — относительные парциальные давления компонентов, .
Стандартная константа равновесия — безразмерная величина. Она связана с Kp соотношением:
Видно, что если выражены в атмосферах, то и .
Для реакции в смеси реальных газов в стандартном начальном состоянии парциальные фугитивности газов принимаются равными их парциальным давлениям = 0,1013 МПА или 1 атм. Kf связана с K0 соотношением:
где γi — коэффициент фугитивности i-го реального газа в смеси.
Константа равновесия реакций в гетерогенных системах
Для гетерогенной химической реакции, например, между компонентами реального газа и реального раствора, константа равновесия в общем случае может быть выражена уравнением:
где fi — фугитивность компонентов газовой фазы, а ak — активность компонентов конденсированной фазы.
Если конденсированные фазы (твёрдые или жидкие) представляют собой практически чистые вещества, их активности постоянны и могут быть включены в константу равновесия (то есть в левую часть выражения выше). Условно можно принять их равными единице и, таким образом, исключить из выражения.
Например, для реакции твёрдофазного восстановления оксида железа:
FeOт + COг = Feт + CO2г
константа равновесия (при условии, что газовая фаза идеальна) имеет вид:
Константа равновесия и изменение энергии Гиббса
Для реакции, протекающей в изобарно-изотермических условиях, в некотором неравновесном исходном состоянии энергии Гиббса или химические потенциалы реагирующих веществ и продуктов реакции в общем случае не одинаковы, их разность (ΔGT) может быть рассчитана по уравнению:
где — отношение парциальных давлений участников реакции в исходном состоянии в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам; R —универсальная газовая постоянная.
Это уравнение называют уравнением изотермы химической реакции. Оно позволяет рассчитать изменение энергии Гиббса при протекании процесса и определить направление протекания реакции:
при π < Kp ΔG < 0 — реакция идёт в прямом направлении, слева направо;
при π = Kp ΔG = 0 — реакция достигла равновесного состояния;
при π > Kp ΔG > 0 — реакция идёт в обратном направлении.
Стандартная константа равновесия связана со стандартной энергией Гиббса реакции соотношением:
Стандартная энергия Гиббса реакции в газовой смеси — энергия Гиббса реакции при стандартных парциальных давлениях всех компонентов, равных 0,1013 МПа (1 атм).
Стандартная энергия Гиббса реакции в растворе — энергия Гиббса при стандартном состоянии раствора, за которое принимают гипотетический раствор со свойствамипредельно разбавленного раствора, но с концентрацией всех реагентов, равной единице. Величина стандартной энергии Гиббса реакции может быть использована для приближенной оценки термодинамической возможности протекания реакции в данном направлении, если начальные условия не сильно отличаются от стандартных. Кроме того, сравнивая величины стандартной энергии Гиббса нескольких реакций, можно выбрать наиболее предпочтительные, для которых имеет наибольшую по модулюотрицательную величину.