Определение количества фаз, независимых компонентов и числа степеней свободы

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Рассматриваемая система состоит из одной фазы (газообразной), которая представляет смесь газов ; ; Таким образом, ф = 1. Число независимых компонентов , так как , .

По правилу фаз Гиббса (12): .

Число степеней свободы «с» (вариантность системы) для рассматриваемой системы: .

Определение возможного направления протекания реакции и равновесного состава газовой смеси

Классический способ расчета

Для ответа на поставленный вопрос необходимо рассчитать константу равновесия при заданной температуре (Т = 650 К) и величину при содержании СО, равном 10% об., С l ₂ – 20% об. и С OCl ₂ – 70% об., а также общем давлении, равном 2026 гПа=202600 Па.

В соответствии с уравнением реакции произведение фактических парциальных давлений запишется в виде:

где , , - фактические парциальные давления

, , соответственно, выраженные в относительных единицах.

Для нахождения относительного давления следует давление, выраженное в паскалях, разделить на стандартное давление, равное 101325 Па.

Найдем общее давление, выраженное в относительных единицах по уравнению (16):

По закону Дальтона парциальное давление компонента газовой смеси равно общему давлению, умноженному на объемную долю данного компонента:

Так как , то при заданных условиях и возможное направление реакции - слева направо, то есть в сторону образования .

Равновесный состав газовой смеси рассчитывается при заданной температуре по известной константе равновесия.

Рассмотрим эту задачу на примере реакции

Дано: общее давление , исходные количества веществ равны (слева направо) 0,1; 0,2; 0,7 молей, .

Запишем под уравнением реакции исходные и равновесные числа молей компонентов:

Суммарное количество молей газообразных веществ равно

Мольные доли каждого вещества в момент равновесия равны:

; ;

Умножим каждую мольную долю на общее давление, выраженное в относительных единицах. При этом получим парциальные давления газообразных реагентов (конденсированные вещества при этом не учитываются).

; ; ;

Равновесный состав газовой смеси рассчитывается из выражения константы равновесия рассчитываемой реакции:

где , , - равновесные парциальные давления

, , соответственно, выраженные в относительных единицах.

Подставим , , в выражение (26).

После простых преобразований получаем уравнение:

В результате решения получаем два корня:

;

Физический смысл имеет только второй корень. Подставляя значения х₂ в уравнение для расчета парциальных давлений находим равновесные мольные доли:

Переводим доли в объемные проценты:

Другие случаи расчета равновесного состава газовой смеси

Среди реакций предложенных в настоящем задании лишь немногие имеют константы равновесия, близкие к единице (обратимыереакции). Чаще встречаются случаи необратимых реакций, когда величина константы равновесия либо очень велика (К_р>>10³), либо очень мала (К_р<<10³). Кроме того, газовая фаза может содержать более двух компонентов. Рассмотрим произвольную реакцию:

с исходной концентрацией реагентов , что соответствует их мольным долям: при общем давлении: .

а. Константа равновесия очень велика

Для реакции (I) константа равновесия опишется уравнением

Т.к. константа равновесия очень велика, например К_p = 10³⁴, то очевидно, что реакция, при данных фактическихконцентрациях реагентов, протекает необратимо вправо. При этом концентрация продуктов реакции будет увеличиваться, a исходных веществ - уменьшаться. Если число молей вещества R увеличится на "х", то число вещества Qувеличитсяна "5x", а число молей реагента B уменьшится на "2х".

Таким образом, при равновесии количество молей реагентов будут определяться величинами:

Мольные доли компонентов составят:

Равновесные парциальные давления:

Подставив эти значения в уравнение (2) получим:

Левая часть уравнения представляет собой отношение двух конечных чисел, а правое очень большое число (10³⁴). Такая ситуация возможна только в случае, если знаменатель стремится к нулю, т.е. либо или Приравнивая последние уравнение к нулю и решая их. Получим два корня: и

Физический смысл имеет положительный корень, тогда равновесные мольные доли реагентов составят:

Таким образом, равновесная газовая фаза будет состоять только из двух реагентов: Q и R, причем их содержание в ней будет:

b. Константа равновесия очень мала

Поскольку константа равновесия очень мала, например К_p = 10 ^{– 34}, то очевидно, что реакции, при данных фактических концентрациях реагентов, протекает необратимо влево. При этом концентрация продуктов реакции будет уменьшаться, а исходных веществ - увеличиваться, Если число молей вещества R уменьшится на "х", то число вещества Q уменьшится на "5х", а число молей реагента B увеличится на "2х".

Таким образом, при равновесии количество молей реагентов будут определяться величинами:

При этом их мольные доли составят:

Равновесные парциальные давления определяются:

Подставив эти значения в уравнение (2) получим:

Левая часть уравнения представляет собой отношение двух конечных чисел, а правая очень малое число (10 ^{– 34}). Такая ситуация возможна только в случае, если числитель стремится к нулю, т.е. либо или Приравнивая последние уравнения к нулю и решая их. Получим два корня: и . Физический смысл имеет первый корень, т.к. в случае допущения правильности второго корня получится отрицательное количество компонента Q. Равновесные мольные доли реагентов составят:

Таким образом, равновесная газовая фаза будет состоять только из двух реагентов: В и R, причем их содержание в ней будет:

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 164; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!