Предмет и задачи химической термодинамики (стр. 20 )

П р и м е р  3.

Вычислите константы равновесия , и газовой реакции при температурах 400, 600 и 800 K и стандартном давлении (P=101325 Па). Оцените общее давление реагентов, при котором равновесная молярная доля  в стехиометрической газовой смеси равна 1/3 при 600 K. Чему равна степень диссоциации в этих условиях? При решении используйте
= –46,11 кДж/моль, Дж/(моль К) и высокотемпературные составляющие энтальпии и энтропии реагентов в состоянии идеального газа [17].

Решение.

Расчет проводим по уравнениям (II.85) и (II.84). Так как , то согласно (II.69)

и константа равновесия для синтеза растет с увеличением общего давления P (табл. II. 8).

Таблица II. 8

Функция (параметр) и единица измерения	Температура, K
400	600	800
	-4,33	-11,07	-15,63
	-12,54	-26,39	-32,99
	-12,87	26,81	66,48
	-12,18	31,57	77,24
	39,0
	41,6
(P=10 атм.)
(P=50 атм.)		4,5

Величина , найденная из опытных данных по закону действия масс, почти постоянна при давлениях ниже 50 атм. В частности, при 450єС (723 К) для синтеза при →50 атм.  Величина постоянна до 300 атм. [16]. Расчет , проведенный по уравнению [13]

дает значения, близкие к величине при атм. (табл. II.8).

Для определения равновесного выхода , () допустим, что исходная стехиометрическая смесь содержит молей и молей . В соответствии с (II.80) равновесная смесь содержит молей , молей и молей , где – степень полноты реакции синтеза аммиака. Тогда при равновесии молей, и константа определяется выражением

позволяющим найти степень полноты реакции при известных значениях и , а затем равновесную молярную долю . Для решения обратной задачи нахождения (P) по известной молярной доле воспользуемся стехиометрическим соотношением реагентов при синтезе аммиака из  3 молей и 1 моля  . Тогда равновесные молярные доли будут равны:

, , .

При получим , - и значение константы равновесия

.

Отсюда при находим общее давление реагентов атм. =5,5 МПа. Введение инертного газа при заданном общем давлении смещает изучаемое равновесие влево () с уменьшением выхода аммиака (), но величина практически не изменяется при .