2.2. Завдання 2. Розрахунок констант рівноваги хімічних реакцій

Для наведеної в додатку 1 реакції:

1. розрахувати при 298 К константи рівноваги в (атм)^n , (Па)^n та в (моль/л)^n , (моль/м³)^n;

2. вивести рівняння залежності константи рівноваги від температури ; зазначити інтервал температур, в якому можна застосовувати це рівняння;

3. обчислити за цим рівнянням та в (атм)^n при 400, 500 та 600 К;

4. порівняти значення , визначене за формулою та за рівнянням ізобари;

5. розрахувати та при 700 та 800 К за методом Тьомкіна-Шварцмана;

6. побудувати графіки залежності та (за шістьма точками);

7. визначити за графіком та реакції;

8. визначити напрямок перебігу реакції при 500 К, якщо нерівноважний парціальний тиск кожного газу у реакційній суміші складає 110⁴ Па.

2. Фазові рівноваги

1. Стислі теоретичні відомості

Термодинамічні характеристики будь-якого фазового переходу в однокомпонентних системах пов’язані рівнянням Клапейрона-Клаузіуса:

,

де характеризує температурну залежність тиску насиченої пари або залежність температури фазового переходу від зовнішнього тиску; , - молярна теплота та температура фазового переходу; - зміна молярного об’єму речовини внаслідок фазового перетворення.

Для процесу випаровування з урахуванням деяких припущень це рівняння набуває вигляду

,

або за умови

.

Воно виражає залежність тиску насиченої пари рідини від температури або залежність температури кипіння рідини від зовнішнього тиску.

Діаграму стану двокомпонентної системи, в якій в рівновазі перебувають рідина, що кипить, та її насичена пара, зображують у координатах “температура кипіння – склад”. За нижньою кривою визначають склад рідини, яка кипить при заданій температурі, за верхньою – склад рівноважної з нею пари.

Загальний тиск насиченої пари, що перебуває в рівновазі з розчином двох летких компонентів А та В, дорівнює сумі їх парціальних тисків:

.

Для ідеальних розчинів згідно із законом Рауля парціальні тиски компонентів над розчином прямо пропорційні їх молярним часткам у розчині:

,

де - тиск насиченої пари над чистим компонентом і.

Молярну частку компоненту і в парі ( ) над ідеальним розчином розраховують за співвідношенням:

,

а масовий вміст ( , %) – за формулою:

,

де - молярна маса компоненту і.

Якщо рідини не розчиняються одна в одній, то тиск насиченої пари кожної з них не залежить від складу рідкої системи і дорівнює тиску над чистим компонентом. В цьому випадку загальний тиск насиченої пари становить , а масовий вміст компоненту і в парі:

.

Тиск насиченої пари над індивідуальним компонентом і за будь-якої температури можна розрахувати за емпіричним рівняннями Антуана:

або ,

де Т – абсолютна температура, К; t – температура в ⁰С; коефіцієнти А, В та С – константи, що наведені в дод. 3.

Рівновагу між твердою та рідкою фазами двокомпонентної системи зображують у вигляді діаграм плавлення, що характеризують залежність температур початку та кінця кристалізації від складу системи. Діаграми плавлення будують за допомогою кривих охолодження - залежностей температури системи від часу. За виглядом діаграми роблять висновки стосовно взаємної розчинності компонентів у рідкому та твердому станах, встановлюють наявність хімічної взаємодії між ними, склад та властивості хімічних сполук, що утворюються, визначають якісний та кількісний склад евтектик і подалі.