6. Исследование вопроса о направлении реакции при температуре реакции t3 и давлении p.

Пусть в реакции

COS+H₂S=CS₂+H₂O

вещество	количество вещества (моль)	мольные доли
COS	1	1/6
H2S	1	1/6
CS2	2	1/3
H2O	2	1/3

Как было выявлено выше, давления в уравнении константы равновесия сокращаются, следовательно, мольные доли реагентов не зависят от давления.

Выражаем константу равновесия:

Чтобы определить равновесие реакции, запишем формулу изменения энергии Гиббса:

ΔG_T3 = ΔG˚_T3 + RT₃ln(K_p’)

Подставляем численные значения:

ΔG_T3 = 59931,939 + 2200*8.31*ln(4) = 85276,173 Дж

Энергия Гиббса больше нуля, следовательно, равновесие реакции будет смещено влево, в сторону образования исходных веществ.

6. Термодинамический анализ выхода реакции от давления и температуры.

От температуры:

Как видно, в графике изменения константы равновесия от температуры, K_P увеличивается. Так как уравнение K_P имеет вид:

Значит, что мольные доли продуктов реакции увеличиваются, а реагентов – уменьшаются. Следовательно, чтобы повысить выход реакции, нужно повысить температуру.

Это объяснимо, с точки зрения закона Ле-Шателье – приведённая реакция эндотермическая, так как ΔH˚₂₉₈>0. При повышении температуры, равновесие сместится в сторону образования продуктов, чтобы ослабить внешнее воздействие против увеличения температуры.

От давления:

Перепишем реакцию: COS+H₂S=CS₂+H₂O

Константа равновесия от давления не зависит, но при изменении P, мольные доли веществ постоянны, следовательно, давление на выход реакции не влияет.

6. Расчёт теплового эффекта достижения состояния равновесия реакционными смесями.

1. Реагирует стехиометрическая смесь исходных веществ

COS+H₂S=CS₂+H₂O

вещество	количество вещества (моль)	мольные доли
COS	1-z	(1-z)/2
H2S	1-z	(1-z)/2
CS2	z	z/2
H2O	z	z/2

Нам известно, что

z = 0,1622 моль

ΔH˚₂₂₀₀=30761,651 Дж/моль.

Следовательно, ΔH₂₂₀₀= 0,1622 * 30761,651 = 4989,54 Дж.

Реакция эндотермическая

2. Реагирует стехиометрическая смесь всех веществ

COS+H₂S=CS₂+H₂O

вещество	количество вещества (моль)	мольные доли
COS	1-z	(1-z)/4
H2S	1-z	(1-z)/4
CS2	1+z	(z+1)/4
H2O	1+z	(z+1)/4

Нам известно, что

z = – 0,6755 моль

ΔH˚₂₂₀₀=30761,651 Дж/моль.

Следовательно, ΔH₂₂₀₀= – 0,6755 * 30761,651 = -20779,5 Дж.

Реакция экзотермическая

6. Расчёт условий P и T ( температур в интервале 1500-2500 К с шагом 100 К) , при которых сумма мольных долей газообразных продуктов составит не менее 0,8 при реакции стехиометрической смеси исходных веществ.

COS+H₂S=CS₂+H₂O

вещество	количество вещества (моль)	мольные доли
COS	1-z	(1-z)/2
H2S	1-z	(1-z)/2
CS2	z	z/2
H2O	z	z/2

Составляем неравенство, где нужно найти z:

В результате, выходит, что z 0.8 моль, так как двойки в выражении сократятся. Подставляем выражение в уравнение константы равновесия:

Стоит в очередной раз заметить, что мольные доли не зависят от давления, только от температуры среды, где реагирует газовая смесь COS и H₂S