1. СH3OH(г) + CO ⇄ HCOOCH3(г) 
. (26)
2. H2 + 0,5 HCOOCH3(г) ⇄ CH3OH(г) 
. (27)
Константу равновесия реакции синтеза метанола
3. 2H2 + CO ⇄ CH3OH(г) 
. (28)
можно найти, комбинируя константы 
и 
:
. (29)
3.3 Вычисление константы равновесия химической реакции при некоторой температуре по известным значениям констант равновесия этой же реакции при двух других температурах
Этот способ вычисления основан на решении уравнения изобары химической реакции (изобары Вант-Гоффа)
, (30)
где 
- стандартная мольная энтальпия реакции. Если предположить, что в небольшом диапазоне температур она не зависит от температуры, то уравнение (30) после интегрирования в пределах 
и 
имеет вид:
. (31)
По этому уравнению, зная константы равновесия при двух разных температурах, можно рассчитать стандартную мольную энтальпию реакции, а, зная ее и константу равновесия при одной температуре, можно рассчитать константу равновесия при любой другой температуре.
4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача 1
Найти константу равновесия синтеза аммиака y N2 + ” H2 ⇄ NH3 если равновесная мольная доля аммиака равна 0,4 при 1 атм и 600К. Исходная смесь - стехиометрическая, продукта в исходной смеси нет.
Дано: Реакция y N2 + ” H2 ⇄ NH3, 1 атм, 600 К. 
= 1,5 моль; 
= 0,5 моль; 
= 0 моль 
= 0,4 Найти: 
- ?
Решение
Из условия задачи нам известно стехиометрическое уравнение, а также то, что в начальный момент времени число молей азота равно стехиометрическому, то есть 0,5 моль (
), а число молей водорода 1,5 моль.
Запишем закон химического равновесия для данной химической реакции
Запишем реакцию, под символами элементов укажем начальные и равновесные количества молей веществ
y N2 + ” H2 ⇄ NH3
0,5 1,5 0
0,5 - 0,5ξ 1,5 – 1,5 ξ ξ
Общее число молей всех участников реакции в системе в момент равновесия
0,5 - 0,5ξ + 1,5 – 1,5 ξ + ξ = 2 - ξ.
Выразим равновесную мольную долю аммиака через глубину реакции, а затем, наоборот, через известную мольную долю аммиака (обозначим ее просто N) выразим равновесные мольные доли всех участников
; 
= 3,42
Решение прямой задачи химического равновесия – это вычисление равновесного состава системы, в которой протекает данная реакция (несколько реакций). Очевидно, что основой решения является закон химического равновесия. Необходимо лишь выразить все входящие в этот закон переменные через какую-либо одну: например через глубину химической реакции, через степень диссоциации или через какую-либо равновесную мольную долю. Выбирать, какую именно переменную удобно использовать, лучше исходя из конкретных условий задачи.
Задача 2
Константа равновесия газовой реакции синтеза иодистого водорода
H2 + I2 ⇄ 2HI при температуре 600 К и выражении давления в атмосферах, равна Kr = 45,7 . Найти равновесную глубину этой реакции и равновесный выход продукта при данной температуре и давлении 1 атм, если в начальный момент времени количества исходных веществ соответствуют стехиометрическим, а продуктов реакции в начальный момент нет.
Дано: Возможна реакция: H2+I2= 2HI. 600 К, 1 атм. Kr = 45,7 . 
=1 моль; 
моль; 
моль. Найти: 
- ? 
- ?
Решение
Запишем саму реакцию, а под символами элементов числа молей каждого участника в начальный момент и в момент установившегося равновесия по формуле (4)
H2 + I2 ⇄ 2HI
1 1 0
1 - ξ 1 - ξ 2ξ
Общее число молей всех участников реакции в момент равновесия равно
1 - ξ + 1 - ξ +2ξ = 2
Равновесные мольные доли и парциальные давления всех участников реакции, выразим через единую переменную – глубину химической реакции
;
.
Закон действующих масс или закон химического равновесия
.
Решение этого уравнения позволит определить равновесную глубину химической реакции и равновесную мольную долю йодистого водорода
= 0,772.
Задача 3
Условие ее отличается от задачи 2 только тем, что начальные количества молей водорода и иода равны, соответственно 3 и 2 моль. Рассчитать мольный состав равновесной смеси.
Дано: Возможна реакция: H2+I2= 2HI. 600 К, 1 атм. Kr = 45,7 .
= 3 моль; 
моль; моль. Найти: 
- ? - ?
Решение
Объектом изучения является такая же реакция, как и в задаче 2. Различие лишь в начальном составе смеси. Решение будет похожим на решение предыдущей задачи.
H2 + I2 ⇄ 2HI
1 1 0
3 - ξ 2 - ξ 2ξ
Общее число молей всех участников реакции в момент равновесия равно
= 3 - ξ + 2 - ξ +2ξ = 5
Равновесные мольные доли и парциальные давления всех участников реакции, выраженные через единую переменную – глубину химической реакции
Подстановка парциальных давлений в закон химического равновесия дает:
.
Одним из способов решения таких уравнений является графический. Мы сами, исходя из соображений о возможных величинах глубины химической реакции задаем несколько значений 
и рассчитываем константу равновесия, затем строим график и определяем по нему ту глубину реакции, которая соответствует найденной величине константы равновесия.
= 1,5 =12
= 1,7 =29,7
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
