5.1.2 Задача для самостійного розв'язання

Для реакції, представленої стехіометричним рівнянням скласти розрахункові рівняння і визначити склад рівно-важної суміші. Тип реакції, склад вихідної суміші, константа рівноваги при заданій температурі і тиску в системі рівноваги представлені в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 - Дані для розрахунку складу рівноважної суміші

№ варі- анту		Тип реакції	Кр	Р, МПа	Склад вихідної суміші, моль
										інерти
1		2	3	4	5		6	7	8	9
1			4	3	5		-	1	-	3
2			1	15	2		3	-	-	1
3			0,5	5	-		3	2	-	2
4			12	10	1		3	-	2	-
5			0,7	5	-		1	1	3	1
6			3	5	3		-	1	-	-
7			8	1	1	3		-	-	4
8			0,04	5	1	3		-	-	-
9			0,04	1	4	12		1	-	3
10			0,05	30	4	12		1	-	3
11			15	2	3	3		1	3	2
12			0,5	10	3	2		1	-	-
13			5	10	1	4		-	1	-
14			7	1	1	-		1	-	1
15			7	20	1	-		1	-	1
16			65	1	1	12		-	-	-
17			95	2	1	-		-	4	-
18			1	10	1	3		-	3	-
19			15	3	1	-		1	-	4
20			15	10	1	-		1	-	4
21			12	0,1	8	-		3	1	1
22			5	1	5	-		4	-	-
23			4	8	1	1		5	-	3
24			18	15	4	2		1	2	2
25			25	6	3	1		-	1	1

Задача №2.

Константа рівноваги процесу конверсії монооксиду вуглецю описується рівнянням . Склад газу, що надходить на першу сходинку конверсії, об’ємні частки, %: -55,0; - 3,6; - 5,4; - 25,6; - 10,4. Температура газу після конверсії – 750 К; тиск – 2 МПа. Визначити склад рівноважної суміші після конвектора першої сходинки.

Розв’язок

Визначимо константу рівноваги реакції при заданій температурі 750 К:

З достатнім ступенем точності на основі закону Мендєлєєва – Клапейрона можна прирівняти числові значення об’ємних часток компонентів у відсотках до кількості їх молей в суміші.

Складемо баланс молей в стані рівноваги

Таблиця 5.3 - Дані для розрахунку рівноважного складу

Статті розрахунку	Компоненти, моль
Склад вихідної суміші	5,4	55,0	3,6	25,6	10,4
Утворилось продуктів	-	-	z	z	-
Витратилось речовин	-z	-z	-	-	-
Склад рівноважної суміші	5,4 - z	55,0 - z	3,6 + z	25,6 + z	10,4
Сума молей в стані рівноваги	5,4 – z + 55,0 – z + 3,6 + z + 25,6 + z + 10,4 = 100

Складемо рівняння закону діючих мас в стані рівноваги:

Із рівняння закону діючих мас видно, що тиск в даному випадку не впливає на стан рівноваги. Це узгоджується з принципом Ле-Шательє, згідно якому тиск не впливає на стан рівноваги процесів, що супроводжуються реакціями без зміни об’єму.

Розв’язавши рівняння закону діючих мас, отримаємо два позитивні значення z₁=4,65; z₂=74,1. На основі закону збереження маси вибираємо z₁=4,64, так як в другому випадку витрати вихідних речовин перевищував би реальний вміст монооксиду вуглецю і парів води у вихідній суміші.

Визначимо склад рівноважної суміші в молях, що еквівалентно об’ємним часткам, %: =5,4 – 4,65 = 0,75 %; = 55,0 –4,65 =50,35 %;

= 3,6 + 4,65 = 8,25 %; =25,6 + 4,65 = 30,25 %. Всього: 0,75 + 50,35+ + 8,25 + 30,25 + 10,4 = 100 %. =10,4.