Geum.ru

Конспект лекций для бакалавров по направлению «металлургия» профиль «Технология литейных процессов»

Вид материалаКонспект
Подобный материал:
1   2   3

Пример. Константа равновесия реакции



При 1450 равна . Реакционная смесь, состоящая из 4 молей , 2 молей, 1 моля и 2 молей и нагрета до 1450К. Общее давление . Рассчитайте состав равновесной смеси.


Решение. Пусть прореагировало моль . Тогда
+ = +

Исходное количество:
4
2
1
2

Равновесное количество:








Всего в равновесной смеси:











Равновесная мольная доля:








Равновесные парциальные давления:














Следовательно,



Решая это уравнение, получаем .


Состав равновесной смеси:












Выделим ключевые моменты этого расчета:
  1. Принимаем число молей какого-либо из веществ, образовавшегося к моменту достижения равновесия за (либо с учетом стехиометрии 2 или 3 и т.д.)
  2. По уравнению реакции определяем, какими будут числа молей других продуктов реакции
  3. По стехиометрии реакции определяем, сколько молей каждого из исходных веществ израсходуется на реакцию.
  4. Равновесные числа молей исходных веществ равны разности между начальным числом молей каждого вещества и тем, что израсходовалось на реакцию.



Выводы:
  1. Упорядочены Ваши знания о химическом равновесии.
  2. Дано термодинамическое обоснование фактов, известных из курсы химии.



Лекция №7


Химическое равновесие


Продолжение


  • Определение выхода продуктов реакции
  • Как определить направление реакции. Изменение энергии Гиббса в ходе реакции.
  • Зависимость константы равновесия от температуры
  • Влияние температуры и давления на равновесный состав
  • Выбор оптимальных условий проведения химической реакции.



Определение выхода продукта реакции.

«Выходом» называют:
  • отношение числа молей вещества, образовавшегося в результате реакции, к тому, которое образовалось бы, если бы реакция прошла нацело;
  • концентрацию (обычно мольную долю) вещества, образовавшегося в результате реакции в наименьшем количестве.

Пример. Определить выход аммиака, если синтез его проводится под давлением . При . Реагирует стехиометрическая смесь исходных веществ.


Решение.






Как определить направление реакции?

За направление процесса, протекающего в неизолированной системе при





отвечает знак - изменение энергии Гиббса

Если - реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении;

если - в обратном


Изменение энергии Гиббса при химической реакции.

Изотерма химической реакции.



, , - идеальные газы









В равновесии

и

- равновесные парциальные давления




- изотерма химической реакции



равновесные давления начальные давления





Пример.

В каком направлении пойдет реакция



при и , если смешать 6 молей с 3 молями , 3 молями и 6 молями . Константа равновесия при заданной температуре

Решение.



3 6











Реакция пойдет самопроизвольно в обратном направлении.


Зависимость константы равновесия от температуры

(1)



- не зависит от





если

(2)





- уравнение изобары химической реакции



  1. Если (т.е. - эндотермическая реакция), то
  2. Если (т.е. - экзотермическая реакция), то

Для приближенных расчетов



если , то




, т.к.

или





Влияние давления на равновесный состав.

Ответ может быть дан на основании анализа уравнения закона действующих масс, записанного для конкретной реакции





при



- стехиометрические коэффициенты газообразных участников реакции


Примеры.

1.

при

если , то

2.

при

Давление не влияет на равновесный состав (выход)

3.

при

если , то


Выбор оптимальных условий.

Оптимальные условия проведения реакции – условия, при которых выход продуктов реакции максимален.

Выбор опирается на анализе температурной зависимости и влиянии давления на равновесный состав.
  1. Выбор оптимальной температуры



Для экзотермических реакций с ростом температуры уменьшается.

Реакцию целесообразно проводить в области низких температур.

Эндотермические реакции .

Проводятся в области высоких температур.


  1. Давление.
    • . Давление не влияет на выход продуктов реакции.


Для реакций, идущих с уменьшением числа молей, увеличение давления увеличивает выход продуктов реакций


Реакцию целесообразно проводить в области

низких давлений


Выводы:
  1. Получены уравнения изобары и изотермы химических реакций.
  2. Дано термодинамическое обоснование выбора оптимальных условий проведения реакции.



Лекция №8


Химическое равновесие.

Завершение

    • Проблема абсолютных значений и .
    • Третий закон термодинамики
    • Расчет абсолютных значений энтропии
    • Расчет констант равновесия
    • Итоги


Из II закона термодинамики для расчета равновесий





Для реакции





; ;






Абсолютное значение энтропии вычисляется на основании постулата Планка. Его также называют III законом термодинамики в формулировке Планка:
  • Энтропия индивидуального кристаллического вещества при абсолютном нуле равна нулю







т.к. , то




Расчет абсолютных значений энтропии


координаты:

и




Расчет константы равновесия.



1.











2.






3.



4. .


Выводы:
  1. Количественной характеристикой и гомогенных, и гетерогенных реакций служит константа равновесия.
  2. Константа равновесия может быть выражена и через равновесные парциальные давления, и через концентрации.
  3. Константа равновесия не зависит от давления, - от концентрации.
  4. И та и другая зависят от температуры. и возрастают с ростом температуры для эндотермических реакций и убывает – для экзотермических.
  5. По известной константе равновесия можно рассчитать состав равновесной системы и выход продуктов реакции.