- •Черепкова и. А.. Химико-технологические системы
- •Содержание
- •Введение
- •Тема 1. Химико-технологические процессы и химико-технологические системы
- •1. 1. Классификация химических веществ.
- •Номенклатура химических соединений
- •1. 1. Основные классы неорганических соединений
- •1. 1. 2. Основы номенклатуры неорганических веществ
- •1. 1. 2. 1. Общие положения
- •1. 1. 2. 2. Номенклатура простых веществ
- •1. 1. 2. 3. Номенклатура сложных веществ
- •1. 1. 2. 3. 1. Бинарные соединения
- •1. 1. 2. 3. 2. Многоэлементные соединения
- •1. 1. 2. 4. Тривиальные названия веществ и смесей
- •Тривиальные названия индивидуальных веществ
- •Тривиальные названия смесей и растворов
- •Тема 2. Химическая термодинамика
- •2. 1. Расчет тепловых эффектов химических реакций с использованием стандартных термодинамических функций.
- •2. 2. Расчет изменения энтропии и энергии Гиббса в химических процессах
- •3. Термодинамический анализ возможности протекания химического процесса
- •Тема 3. Химическое равновесие
- •3. 1. Расчет термодинамических и практических констант равновесия
- •2. Расчет глубины и степени превращения исходных веществ, выхода продукта и равновесного состава.
- •3. 3. Влияние концентрации реагентов, внешнего давления и температуры на химическое равновесие.
- •Тема 4. Фазовые равновесия
- •4. 1. Построение и анализ диаграмм температура – состав
- •4. 1. 1. Метод физико-химического анализа. Диаграммы состав – свойство
- •4. 1. 2. Диаграммы температура – состав для идеальных и растворов
- •4. 1. 3. Диаграммы температура – состав для неидеальных растворов
- •4. 1. 4. Правило рычага
- •4. 1.5. Разделение бинарных растворов
- •5. Многовариантные расчетные задания
- •Библиографический список
3. 3. Влияние концентрации реагентов, внешнего давления и температуры на химическое равновесие.
Влияние параметров состояния на химическое равновесие определяется принципом Ле Шателье:
Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать воздействие извне, то равновесие смещается в сторону того процесса, протекание которого уменьшает оказываемое воздействие.
В соответствие с этим принципом, если увеличить концентрацию исходных веществ, то равновесие сместится в сторону прямой реакции, что увеличит количество продуктов. Если увеличить количество продуктов, то равновесие сместится в сторону обратной реакции. Если продукты отводить, т. е. уменьшать их в равновесной реакционной смеси, то равновесие сместится в сторону прямой реакции, что приведет к увеличению выхода продуктов. Этим приемом пользуются в химической технологии.
Влияние температуры на химическое равновесие определяется, в соответствии с принципом Ле Шателье, знаком теплового эффекта реакции, т. е. тем, идет ли реакция с выделением или поглощением тепла. Влияние температуры удобно анализировать с помощью уравнения изобары химической реакции:
Из дифференциального уравнения изобары химической реакции следует, что зависимость термодинамической константы равновесия Ka от температуры определяется знаком ΔrH.
Пример 12: Установим, как влияет повышение температуры на термодинамическую константу равновесия Ka и равновесный выход метанола по реакции 2CO + Н2 = CН3ОН(газ). Ответ аргументируйте, используя соответствующие уравнения химической термодинамики. Сопоставьте сделанные выводы с расчетными значениями констант равновесия.
Решение: В уравнении изобары химической реакции
знак производной определяется знаком теплового эффекта . Воспользуемся значениями теплового эффекта синтеза метанола из примеров 1 и 2:
;
Так как < 0 (реакция экзотермическая), то < 0, следовательно, функция lnK = f(T) – убывающая и с увеличением температуры K = f(T) – функция убывающая. Таким образом, из уравнения изобары химической реакции следует, что с увеличением температуры термодинамическая константа равновесия уменьшается. Расчеты в примере 7 подтверждают этот вывод:
<
Любая константа равновесия пропорциональна количеству продуктов. Следовательно, с ростом температуры выход метанола уменьшается.
Влияние давления на химическое равновесие проанализируем с помощью уравнения
Термодинамическая константа равновесия от давления не зависит, так как она рассчитывается из стандартной энергии Гиббса, т. е. при стандартном давлении. Следовательно, при P ≤ 50 атм. = Ka ≠ f(P). От давления зависит практическая константа равновесия Kn. Эту зависимость удобно анализировать, переписав уравнение в виде:
Из уравнения видно, что зависимость практической константы равновесия Kn, а, следовательно, и равновесного выхода продуктов, определяется знаком .
Пример 13: Установим, как влияет повышение давления на равновесный выход метанола по реакции 2CO + Н2 = CН3ОН(газ).
Решение: Для реакции синтеза метанола , следовательно, с увеличением общего давления в системе практическая константа равновесия Kn увеличится и равновесный выход продуктов реакции возрастет.