1.2.1.Определение числа фаз, независимых компонентов и степеней свободы

Рассматриваемая система состоит из трёх фаз : двух твёрдых фаз BiF3 и Bi, а также одной газообразной, представляющей смесь газов H2 и HF. Итак, ф=3.

Связь между веществами, входящими в рассматриваемую систему, выражается уравнением реакции. Следовательно,

k = m – r = 4-1 = 3. (20)

Число степеней свободы равно числу параметров системы, которые можно изменить в некоторых пределах так, чтобы число и природа фаз оставались прежними. По правилу фаз Гиббса

C = k + n – ф , (21)

где n – число внешних параметров, влияющих на состояние равновесия системы. Обычно это давление и температура, т.е n = 2.

Для рассматриваемой системы

c = k + 2 – ф = 3+2-3 =2.

1.2.2.Определение возможного направления реакции

Для решения этой задачи воспользуемся уравнением изотермы Вант-Гоффа

, (22)

В соответствии со вторым законом термодинамики в изобарно-изотермических условиях возможно самопроизвольное протекания процессов, сопровождающихся уменьшением энергии Гиббса системы

. (23)

Для ответа на поставленный вопрос необходимо рассчитать константу равновесия при заданной температуре (Т = 600 К) и величину при содержании об. и об., а также общем давлении, равном 302,9 Па.

Найдем величину при 600К из уравнения (19)

0,920

Отсюда 2,5.

Произведение фактических парциальных давлений запишется

Определим общее давление, выраженное в относительных единицах:

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

Отсюда произведение фактических парциальных давлений согласно уравнения (24)

9,7*10⁻⁶

Сравнивая и , видно, что , т.е. при заданных условиях по уравнению (22) и возможное направление реакции – слева направо, т.е. в сторону образования и HF.

1.2.3.Определение равновесного состава газовой смеси

Равновесный состав газовой смеси рассчитывается из выражения константы равновесия рассчитываемой реакции

Равновесные парциальные давления этих газов, выраженные в относительных единицах, будут равны:

и

Тогда константа равновесия запишется в виде

2,5. (26)

После несложных преобразований получим

22,35 (27)

Решая уравнение (27), получаем два корня:

.

Физический смысл имеет только первый корень, так как мольная доля не может быть отрицательной и больше единицы. Таким образом, равновесной газовой смеси мольная доля Содержание этих газов, выраженное в объёмных процентах, об,%, составит:

об.% об.%

Правильность расчётов нетрудно проверить, подставив значения вычисленных мольных долей в выражение (26):

Полученное значение константы равновесия (2,7) практически совпадает с соответствующей величиной, рассчитанной по уравнению (19) (2,5).