Условия химического равновесия

Теоретические основы 4

Условия химического равновесия 4

Факторы, влияющие на состояние равновесия 6

Расчет равновесной степени превращения 10

Порядок выполнения работы 15

Контрольные вопросы 18

Литература 19

Приложение 1 20

Приложение 2 21

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, ДАВЛЕНИЯ И СОСТАВА ИСХОДНОЙ СМЕСИ НА РАВНОВЕСНЫЙ СОСТАВ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ»

Цель:

1. Научиться устанавливать функциональную связь Кр° = F(T) и K_N = F(x_p)

2. Исследовать влияние различных параметров на равновесную степень превращения и равновесный состав.

3. Выбирать области изменения параметров для проведения химических исследований.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Условия химического равновесия

Для обратимых процессов наряду с химическим взаимодействием между исходными веществами - прямой реакцией - происходит химическое взаимодействие и между продуктами реакции, т.е. обратная реакция. По мере протекания процесса скорость прямой реакции уменьшается, а обратной увеличивается. При равенстве этих скоростей наступает химическое равновесие, неизменное при постоянстве концентрации реагентов, температуры и давления.

При изменении этих параметров равновесие нарушается, и процесс может протекать в том или ином направлении до наступления нового равновесия.

Таким образом, химическое равновесие характеризуется следующими общими условиями:

- неизменностью равновесного состава при постоянных внешних условиях;

- подвижностью равновесия;

- динамическим характером равновесия;

- возможностью подхода к равновесию с двух разных сторон.

Условием равновесия является:

или .

Рассмотрим реакцию:

. (1)

Согласно закону действующих масс:

скорость прямой реакции ,

скорость обратной реакции .

Здесь k₁ и k₂ - константы скорости прямой и обратной реакций.

В состоянии равновесия u₁ = u₂ или

,

откуда , (2)

где - равновесная концентрация компонента.

Уравнение (2) является математическим выражением закона действующих масс:

при постоянной температуре и наличии равновесия отношение произведения действующих масс продуктов реакции к произведению действующих масс исходных веществ есть величина постоянная.

Эта постоянная величина называется константой равновесия К. При вычислении К можно применять парциальные давления компонентов р_i, концентрации С_i или мольные доли N_i. Соответственно получают К_р, К_с и К_N.

Для реакции (1), если все компоненты находятся в газовой фазе:

, , .

Следует помнить, что для реакций, протекающих с изменением числа молей, численные значения констант равновесия зависят от формы записи стехиометрического уравнения реакции. Например, реакцию окисления диоксида серы можно записать в виде:

SO₂ + 0.5O₂ <==> SO₃

2SO₂ + O₂ <==> 2SO₃

в первом случае ,

во втором случае ,

и имеют разные размерности и .

Аналогично для указанных реакций , .

В общем случае . Связь между ними устанавливается на основе уравнения Менделеева-Клапейрона и Дальтона.

;

; (3)

,

где: Р – общее давление;

R – газовая постоянная;

Т – температура;

Dn = (n_А + n_Е) – (n_В + n_D) – изменение числа молей при протекании реакции.

Значения констант равновесия для различных реакций приведены в справочных пособиях [3, 4].

Если законы идеальных газов не выполняются, следует использовать выражение химического потенциала реального газа:

и константу равновесия, выраженную через летучести f_i