11. Определение направления процесса при заданных условиях

Одна из форм записи уравнения энергии Гиббса выглядит так:

Рассчитаем значение для нашей реакции при p=10 атм и T=500 K. При этом сделаем вывод о возможности протекания реакции самопроизвольно из критерия направления процесса:

Так как энергия Гиббса при T=500 К и р=10 атм принимает положительное значение следует, что процесс не может идти самопроизвольно.

12. Определение влияния давления на смещение равновесия

Для определения влияния давления на смещение равновесия рассчитаем при , Т=500 К и том же соотношении компонентов:

Сравнивая значения и , приходим к выводу, что понижение давления приводит к уменьшению энергии Гиббса и, следовательно, к смещению равновесия в сторону продуктов.

13. Определение равновесных парциальных давлений

Запишем реакцию вместе с количеством вещества каждого компонента до начала реакции и после достижения состояния равновесия:

C₃H₈ = 4H₂ + 3C_гр

n_k,нач, моль 0,01 1,5 0

n_k,равн, моль 0,01-α 1,5+4α 0

Значит, парциальные давления равны:

Общее давление равно 10 атм.

Запишем уравнение для константы равновесия через равновесные парциальные давления:

Решением данного уравнения является два действительных значения:

Откуда следует, что α₂ не удовлетворяет требованиям задачи, следовательно, принимаем значение

Рассчитаем равновесные парциальные давления компонентов:

Проведем проверку, подставив полученные значения парциальных давлений в уравнение константы равновесия и вычислим ее:

Выводы

1. Стандартный тепловой эффект реакции выше нуля, следовательно, реакция является эндотермической и протекает с поглощением теплоты, что также подтверждается законом Вант-Гоффа и графиком 2.

2. По принципу Ле-Шателье повышение температуры в реакции приведет к смещению равновесия в сторону продуктов.

3. По графику №2 (графическое изображение закона Вант-Гоффа) можно прийти к выводу, что для эндотермических реакций с повышением температуры возрастает значение константы равновесия.

4. При заданных условиях (Т=500 К, р_общ=10 атм) энергия Гиббса принимает положительное значение. Значит, согласно одному из критериев направления процесса, данная реакция в данных условиях протекать самопроизвольно не может.

5. Константа равновесия может выражаться разными способами, но все варианты ее записи находятся в определенной зависимости друг от друга. Напишем зависимость константы равновесия, выраженную через парциальные давления, от константы равновесия, выраженную через мольные доли веществ в системе:

,

где K_p – константа равновесия, выраженная через парциальные давления веществ в системе;

K_x – константа равновесия, выраженная через мольные доли веществ в системе;

p – общее давление в системе;

Δν – изменение числа моль в ходе реакции.

Из уравнения видно, что при постоянном значении Δν≠0 константа равновесия системы находится в прямо пропорциональной зависимости от давления: с повышением давления увеличивается значение константы равновесия и наоборот (при K_x=const). Увеличение значения константы равновесия K_p свидетельствует о повышении давления конечных продуктов, что приводит к смещению равновесия в сторону реагентов.

Таким образом, понижение давления в нашей системе приводит к смещению равновесия в сторону продуктов.