Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Большаяфизхимия (последний вариант).doc
Скачиваний:
100
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
4.82 Mб
Скачать

Выход эфира, моль/л

Концен.

Кислота

Спирт

Эфир

Вода

Исходн.

Равнов.

1

0,333

1

0,333

0

0,667

0

0,667

1.

Исходн.

Равнов.

1

0,155

2

1,155

0

0,845

0

0,845

2.

Исходн.

Равнов.

1

0,457

1

0,457

0

0,543

1

0,543

3.

Исходн.

Равнов.

1

0,667

1

0.667

1

0,333

1

0,333

Выводы

  • Наибольший выход эфира получен в 1-м случае, т.е. с рос­том концентрации реагирующих веществ (хотя бы одного из них) выход про­дуктов реакции увеличивается.

  • Наименьший выход эфира получен в 3-м случае, т.е. без отвода про­дуктов реакции (хотя бы одного из них) их выход снижается.

Задача 2. Вычислить Кр и Кс реакции N2O4  2NO2

при 500 К, Р = 5-104 Па и степени разложения, равной 75%.

Решение

Kp = , где = P, а =P

Р - общее давление в системе, равное 5104 Па,

х - мольная доля компонента, равная отношению числа молей данного компонента к сумме молей всех компонентов системы: .

N2O4  2NO2

 = 0 1 моль 0

Число молей в

момент равновесия 1 -  2

сумма молей: 1 -  + 2 = 1 + 

Мольные доли участников реакции:

, ;

Kp = =;

Kp = 5104; Kc= Kp(RT)-,  = 1;

Kc= = 61,85моль/м3

Ответ: Кр = 25, 7104 Па, Кс = 61,85 моль/м3.

Решим обратную задачу: найти степень разложения N2O4, если при той же температуре давление в системе повысить вдвое, т.е. Р=105 Па.

25,7104 = I05;  = 0,625

При повышении давления равновесие в данной реакции смещается влево, следовательно, степень разложения N2O4 должна уменьшиться, что и пока­зал расчет.

11.6. Уравнение изотермы-изобары химической реакции

Предположим, что гомогенная газовая реакция (газы идеальные)

аА + вВ  сС + dD

протекает самопроизвольно при постоянных р и Т. При этом изменяется текущее значение изобарно-изотермического потенциала:

Gp,T = (iG)прод. – (iG)исх.

или

Gp,T = (cGC + dGD) – (aGA + bGB) (11.86)

Для 1 моля индивидуального идеального газа (11.53) G=. В этом случае для самопроизвольной реакции

Gp,T =

или Gp,T = неравн (11.87)

В состоянии равновесия Gp,T = 0, тогда

равн. ; равн.= К0 (11.88)

Следовательно,

. (11.89)

Подставляя последнее выражение в (11.87), получим:

Gp,T = . (11.90)

Это уравнение носит название изотермы-изобары химической реакции Вант-Гоффа (1886 г.)

Для любой реакции

Gp,T = . (11.91)

Если при термодинамических расчетах используется эмпирическая кон­станта равновесия Кр, то из (11.88) и (11.70) следует, что

G0p,T = ,

где р0 - стандартное давление.

При р0 = 1атм

G0p,T = . (11.91)

Имея в виду, что , по аналогии с предыдущим можно показать, что для изохорического процесса:

FV,T = (11.92)

(уравнение изотермы-изохоры)

или F0 V,T = – RT lnKc . (11.93)

При использовании эмпирической константы равновесия Кс , если в ка­честве стандартной концентрации принимается С0= 1,

= – RT lnKN . (11.94)

Из уравнения изотермы-изобары химической реакции (11.87) следует, что если G0 > O, т.е. К < 1, то это значит, что данная реакция не идет самопро­извольно в стандартных условиях. Зная порядок величины G0, иногда мож­но распространить вывод, строго применимый только к стандартным услови­ям, на любые условия. Так, если G0 >> O, можно сказать, что и G > O, т.е. реакция невозможна при любых разумных составах смеси, изменяя ко­торые можно было бы сделать второй член правой части уравнения (11.87) от­рицательным и большим по абсолютной величине, чем .

Ясно, что если G0 при данной температуре имеет большое отрицательное значение, т.е. К0 очень велика, то реакция принципиально осуществима не только в стандарт­ных, но и в любых условиях.

Особое внимание следует обратить на то обстоятельство, что концентрации и парциальные давления, входящие в соотношения для константы равновесия К0 (а, значит, и в стандартные значения G0), являются равновесными, в отличие от неравновесных текущих (в произвольный момент времени) в уравнении изотермы-изобары (11.90).

Так как за стандартное состояние принимается или чистое вещество, или идеальный раствор (гипотетическое состояние), то химические потенциалы компонентов численно равны их энергии Гиббса, а стандартное химическое сродство численно равно стандартной энергии Гиббса химического процесса, взятой с обратным знаком:

. (11.95)

Стандартное химическое сродство, так же, как и стандартная энергия Гиббса, является постоянной величиной при постоянных Т и Р.

Значения стандартного химического сродства А*,0(или -G0), вычисленные по значениям констант равновесия, очевидно, будут зависеть от выбора стандартных состояний и соответственно от выбранной шкалы (как и значения самих констант равновесия). Так, если состав системы характеризуется мольными долями, то стандартное химическое сродство А*,0(или -G0) определяется сродством относительно такого состояния, когда все компоненты реакции находятся в чистом виде, т.е. их мольные доли равны единице. Если константа равновесия выражена через парциальные давления компонентов, то, очевидно, стандартное химическое сродство А*,0(или -G0) равно сродству, отсчитанному относительно состояния, в котором все компоненты имеют парциальные давления, равные единице.