Определение равновесной степени превращения и равновесного состава

Уравнение K_N = f(х^*) нелинейное относительно х^* и может иметь несколько решений, но всегда существует только одно, имеющее физический смысл значение х^* , лежащее в интервале 1 ³ Х ³ 0.

Чаще всего значение х^* определяется численным поиском. Уравнение функциональной зависимости K_N = f(х^*) можно записать:

F = K_N - f(х^*) = 0 (12)

Задача заключается в подборе такого значения х^*, которое бы обращало уравнение (12) в тождество.

После определения х^* рассчитывают n_i и N_i (см. табл. 1).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Выполнение лабораторной работы проводится каждым студентом самостоятельно. Вариант задания студент выбирает по указанию преподавателя из табл.2.

Выполнение лабораторной работы включает:

1. Сдачу коллоквиума.

2.Подготовку исходных данных. Для выбранной реакции необходимо:

а) составить зависимость константы равновесия от температуры, используя зависимость:

и сравнить ее с приведенной в приложении.

б) установить функциональную связь константы равновесия K_N от равновесной степени превращения K_N = f(х^*).

в) получить у преподавателя задание по лабораторной работе (влияние каких параметров и в каких пределах необходимо учитывать).

г) ввести в программу выведенное уравнение расчета константы равновесия. Провести расчет, построить зависимости Кр, К_N, Xp от изменяемых параметров.

д) Сделать анализ полученных данных. Определить оптимальные условия проведения процесса.

Таблица 2. Варианты заданий и исходные данные

ВОПРОСЫ К КОЛЛОКВИУМУ

1. Условия химического равновесия и показатели, характеризующие равновесие.

2. Кинетический вывод уравнения константы равновесия для газофазных реакций.

3. Способы выражения константы равновесия. Связь между Кр, Кс, К_N.

4. Выражение константы равновесия для реальных газов. Фугитивность, коэффициент фугитивности.

5. Методика расчета равновесия для гетерогенных реакций.

6. Факторы, влияющие на состояние равновесия. Принцип Ле-Шателье.

7. Влияние Т на константу равновесия. Изотерма Вант-Гоффа.

8. Влияние Р и Сi на равновесную степень превращения. Способы смещения равновесия.

9. Расчет равновесной степени превращения.

9.1. Методы расчета G.

9.2. Установление функциональной зависимости К_N = f(Хр)

9.3. Расчет Хр и равновесного состава.

ЛИТЕРАТУРА

1. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии. - СПб.: Химия, 1993. - 440с.

2. Рэмсден Э. Н. Начала современной химии: Справ, изд.: перевод с англ./Под ред. В. И. Барановского, А. А. Белюстина, А. И. Ефимова, А. А. Потехина. - Л.: Химия, 1989, – 784 с., ил.

3. Расчеты химико–технологических процессов. Под ред. Мухленова И.П. Л.: Химия, 1976.

4. Карапетьянц М.Х. Введение в теорию химических процессов: Учеб. Пособие для вузов.– М.: Высш. школа, 1981.– 333 с., ил.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Таблица 3 Константы равновесия реакций при Р = 101325 Па

Номер Вар.	Реакция	Выражение константы
1.	CH4 + H2O <===> CO + 3H2	lg Kp = -9874/T + 7.14×lgT – 1.88×10-3’ T + 0.094×10-6 ×T2 – 8.64
2.	СО + H2O <===> CO2 + H2	lg Kp = 2203.24/T + 5.1588×10-5 ×T + 2.5426×10-7 ×T2 – 7.4617×10-11 ×T3 – 2.3
3.	1/2N2 + 3/2H2 <===> NH3	lg Kp = 2074.8/T – 2.4943×lgT – 1.256×10-4 ×T + 1.8564×10-7 ×T2 + 2.206
4.	СО2 + 4H2 <===> СH4 + 2H2O	1/lg Kp = –7674/T + 6.23×lgT + 0. 906×10-3 ×T + 0.0546×10-6 ×T2 – 8.72
5.	CO + 3H2 <===> CH4 + H2O	1/ lg Kp = -9874/T + 7.14×lgT – 1.88×10-3 ×T + 0.094×10-6 ×T2 – 0.64
6.	4NH3 + 5O2 <===> 4NO + 6H2O	lg Kp = -47500/T - 1.75×lgT – 8.4
7.	4NH3 + 3O2 <===> 2N2 + 6H2O	lg Kp = -66250/T - 1.75×lgT – 5.2
8.	2NO + O2 <===> 2NO2	lg Kp = 5749/T - 1.70×lgT + 5×10-4 ×T – 2.839
9.	2NO2 <===> N2O4	lg Kp = 2692/T – 1.75×lgT – 4.83×10-3×T + 7.144×10-6 ×T2 – 3.82
10.	2SO2 + O2 <===> 2SO3	lg Kp = 4812.2/T – 2.8254×lgT + 2.284×10-3×T – 7.012×10-7 ×Т2 + 1.197×10-10× T3 + 2.23
11.	СH4 + 2H2O <===> СО2 + 4H2	lg Kp = –7674/T + 6.23×lgT + 0. 906×10-3 ×T + 0.0546×10-6 ×T2 – 8.72
12.	NH3 <===> 1/2N2 + 3/2H2	1/lg Kp = 2074.8/T – 2.4943×lgT – 1.256×10-4 ×T + 1.8564×10-7 ×T2 + 2.206
13.	4NO + 6H2O <===> 4NH3 + 5O2	1/lg Kp = -47500/T - 1.75×lgT – 8.4
14.	2SO3 <===> 2SO2 + O2	1/lg Kp = 4812.2/T – 2.8254×lgT + 2.284×10-3×T – 7.012×10-7 ×Т2 + 1.197×10-10× T3 + 2.23
15.	S2 + 4CO2 <===> 2SO2 + 4CO	1/lg Kp = -23000/T + 4.34×lgT – 1.62×10-3×T + 20.23×10-6 ×Т2 – 2.43
16.	S2 + 4H2O <===> 2SO2 + 4H2	1/lg Kp = -1380/T – 0.877×lgT + 2.67×10-3 ×T – 0.46×10-6 ×T2 + 3.38
17.	CH3OH <===> CO + 2H2	1/lg Kp = 3921/T - 7.971×lgT + 2.5×10-3 ×T – 2.953×10-7 ×T2 + 10.2
18.	2H2O(ж) <===> 2H2 + O2	1/lg Kc = 24900/T– 1.335×lgT + 9.65×10-5×T– 1.37×10-7 ×Т2 + 6.65×10-11× T3 –1.907×10-18× T5 + 1.08
19.	C2H4 + H2O <===> C2H5OH	lg K p = 2093/T – 6.304 + (103/T – 62.5×103/T2)
20.	2C + 2H2 <===> C2H4	lg Kp = - 4533.3/T + 0.6446×lgT + 0.8646×10-3×T + 0.1814×10-6 ×Т2 + 2.336
21.	2SO2 + 4H2 <===> S2 + 4H2O	lg Kp = -1380/T – 0.877×lgT + 2.67×10-3 ×T – 0.46×10-6 ×T2 + 3.38
22.	CH4 + CO2 <===> 2CO + 2H2	lg Kp = -11087.7/T + 3.1127×lgT – 2.8524×10-3 ×T + 13.216×10-6 ×T2 – 8.528
23.	CO + 2H2 <===> CH3OH	lg Kp = 3921/T - 7.971×lgT + 2.5×10-3 ×T – 2.953×10-7 ×T2 + 10.2
24.	2CO + 2H2<===> CH4 + CO2	1/lg Kp = -11087.7/T + 3.1127×lgT – 2.8524×10-3 ×T + 13.216×10-6 ×T2 – 8.528
25.	2H2 + O2 <===> 2H2O(ж)	lg Kc = 24900/T – 1.335×lgT + 9.65×10-5×T – 1.37×10-7 ×Т2 + 6.65×10-11× T3 – 1.907×10-18× T5 + 1.08