1.8 Константы равновесия гетерогенных реакций

1. 8 Константы равновесия гетерогенных реакций

 

Гетерогенные реакции – это реакции, в которых реагирующие вещества находятся в разных фазах. В выражения для констант равновесия гетерогенных реакций входят концентрации (парциальные давления или количества вещества) только газообразных или растворенных веществ. Например, для реакции

 

S_(тв) + О_2(г) = SO_2(г)

 

константа равновесия, выраженная через приведенные давления

 

Для реакции

 

S_2(г) + Fe_(тв) = FeS_(тв)

 

 

Пример: Определим равновесные парциальные давления газообразных веществ при температуре 800 К и нормальном атмосферном давлении в реакции

 

WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O,

 

если константа равновесия реакции при температуре 800 К и атмосферном давлении  = 2, 59·10^-2.

Решение:

Запишем выражение для константы равновесия химической реакции через приведенные парциальные давления газообразных веществ

 

 

Так как в уравнении два неизвестных, запишем второе уравнение:

 

 Решая систему уравнений получим:

 

или

 

Откуда

 

 

Парциальные давления газообразных веществ при нормальном атмосферном давлении равны:

 

 

1. 9 Многовариантное задание №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса»

 

Для выполнения этого задания предлагается следующий алгоритм:

1. На основании значений теплот образования веществ  из «Краткого справочника физико-химических величин» [2] определите изобарный тепловой эффект химической реакции А (таблица 1. 1) Q_P =  (в кДж) при условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии.

2. Определите изменение числа молей газообразных веществ реакции А при 298К и стандартном давлении.

3. Рассчитайте работу (в кДж), совершаемую в реакции А против внешнего давления при p = const и T = 298 K.

4. Определите изохорный тепловой эффект химической реакции А Q_V =  при условии, что все вещества, участвующие в реакции, находятся в идеальном газообразном состоянии.

5. На основании данных из справочника [2] определите изменение средней теплоемкости в системе в результате реакции А  (в Дж/К). Температуру Т для своего варианта возьмите из таблицы 1. 1.

6. Определите тепловой эффект реакции А при температуре T и стандартном давлении  (в кДж), используя найденные ранее значения  и .

7. Установите, как будет меняться тепловой эффект химической реакции А при повышении температуры. Ответ аргументируйте, используя соответствующие уравнения химической термодинамики.

8. Определите изменение энтропии системы (в Дж/К) в результате химической реакции А (таблице 1. 1), протекающей между веществами в идеальном газообразном состоянии при стандартном давлении и температуре 298 К. Значения стандартной энтропии для веществ возьмите из справочника [2].

9. Рассчитайте изменение энтропии  (в Дж/К) в результате реакции А при температуре Т и стандартном давлении, используя рассчитанные в п. 1. 8. значения изменения энтропии при температуре 298 К и .

10. Определите изменение стандартной энергии Гиббса  (Дж) для химической реакции А при температуре 298 К и при температуре Т.

11. Рассчитайте термодинамическую константу равновесия K_a реакции А при температуре 298 К и температуре Т.

12. Определите глубину превращения ξ в реакции A при температуре Т   и атмосферном давлении при условии, что исходные вещества взяты в стехиометрических количествах.

13. Определите глубину превращения ξ в реакции A при температуре Т и атмосферном давлении при условии, что исходные вещества взяты в количествах, указанных в таблице 1. 2.

14. Определите степень превращения исходных веществ при условиях 12 и 13.

15. Определите состав равновесной смеси в %(мол. ) для химической реакции А при температуре Т и атмосферном давлении при условиях 1. 12 и 1. 13.

16. Установите, как влияет повышение температуры на термодинамическую константу равновесия K_a и равновесный выход продуктов химической реакции А. Ответ аргументируйте, используя соответствующие уравнения химической термодинамики. Сопоставьте сделанные выводы с расчетными значениями констант равновесия.

17. Установите, как влияет повышение общего давления на равновесный выход продуктов химической реакции А. Ответ аргументируйте.

 

 

Таблица 1. 1 – Варианты заданий

 

		Температура Т, К
Вариант	Химическая реакция А	Подвариант
	N2 + 3H2 = 2NH3
	CCl4 + 4H2 = CH4 + 4HCl
	CH4 + 2S2 = CS2+ 2H2S
	H2 + CCl4 = HCl + CHCl3
	CO + 3H2 = CH4 + H2O
	Cl2 + CO = COCl2
	CH3I + HI = CH4 + I2
	CH4 + Br2 = CH3Br+ HBr
	F2 + H2O = 2HF + O
	CH4 + Cl2 = CH3Cl+ HCl
	2HBr = H2 + Br2
	2HI = H2 + I2
	S2 + 2О2 = 2SO2
	CH3OH + H2 = CH4 + H2O
	2H2O = 2H2 + O2
	CH2 ––– CH2 + H2 = C2H5OH       О
	CO + H2O = CO2 + H2
	3H2 + CO2 = CH3OH + H2O
	2N2O = 2N2 + O2
	N2 + O2 = 2NO
	2H2S = 2H2 + S2
	2CH4 = C2H2 + 3H2
	CO + 2H2 = CH3OH
	2NO + O2 = 2NO2
	2SO2 + O2 = 2SO3
	2CO + 2H2 = CH4 + CO2

 

 

Таблица 1. 2 – Варианты заданий

Вариант	Начальное количество исходных веществ, моль
	N2	– 0, 2		H2	– 2, 0
	CCl4	– 5, 0		H2	– 10, 0
	CH4	– 0, 02		S2	– 0, 1
	H2	– 0, 05		CCl4	– 1, 0
	CO	– 0, 02		H2	– 1, 0
	Cl2	– 0, 5		CO	– 5, 0
	CH3I	– 0, 3		HI	– 3, 0
	CH4	– 0, 2		Br2	– 2, 0
	F2	– 0, 8		H2O	– 4, 0
	CH4	– 1, 0		Cl2	– 10, 0
	HBr	– 0, 2			–
	HI	– 0, 3			–
	S2	– 0, 2		O2	– 2, 0
	CH3OH	– 0, 6		H2	– 6, 0
	H2O	– 0, 1			–
	СН3СНО	– 1, 0		H2	– 10, 0
	CO	– 0, 3		H2O	– 3, 0
	H2	– 0, 1		CO2	– 1, 0
	N2O	– 0, 1			–
	N2	– 1, 0		O2	– 10, 0
	H2S	– 1, 0			–
	CH4	– 0, 1			–
	CO	– 0, 1		H2	– 10, 0
	NO	– 1, 0		O2	– 5, 0
	SO2	– 0, 2		O2	– 1, 0
	CO	– 0, 1		H2	– 1, 0

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: