Файл: ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв.pdf

Для оборотної реакції, що протікає в концентрованих розчинах або між реальними газами, константу рівноваги визначають через актив­ ності реагуючих речовин за таким рівнянням:

С\D.

Для оборотної гетерогенної реакції

аА (г.) 4- ЬВ (тв.) сС (г.) 4- dD (тв.),

де А (г.) і С (г.) — газоподібні речовини; В (тв.) і D (тв.) — тверді речовини, константа рівноваги дорівнює

де РАІ рс — рівноважні парціальні тиски реагуючих газів А і С. Наведені вище співвідношення (ІН,4), (111,5), (ІП,6) і (111,7), що

зв'язують рівноважні концентрації, парціальні тиски і активності реагуючих речовин у вирази констант рівноваги Кс,'Кр, Ка і Кр, ма­ ють назву закону діючих мас.

Співвідношення між Кр і Кс визначається рівнянням

вах рівноваги; ПА'\ пв — відповідно число кіломолів початкових речо­ вин А і В в умовах рівноваги.

натом кальцію, і називається тиском (пружністю) дисоціації карбонату кальцію.

Температура, при якій тиск (пружність) дисоціації карбонату дорів­ нює зовнішньому тиску (1,01325 • 105 Па), називається температурою розкладу карбонату.

Термічний розклад оксиду заліза (II) протікає за рівнянням 2 _ е О ч ± 2 ~ е 4 - 0 2 .

Де pot — тиск кисню, що перебуває в рівновазі з оксидом і називається тиском (пружністю) дисоціації оксиду.

Температура, при якій тиск (пружність) дисоціації оксиду дорів­ нює зовнішньому тиску, називається температурою розкладу оксиду.

Задача. При 2000 К і тиску 1,01325 • 10Б Па ступінь дисоціації водяної пари дорівнює 0,55%. Визначити Кр і Кс для реакції

Підставивши числові значення р і а в рівняння (б), дістанемо:

У цьому випадку константа рівноваги дорівнюватиме:

К і = 1.01325 -10» (0.0055)» = % > ш . ш _ з П а

Значення, знайдені за рівняннями (б) і (в), майже збігаються, тому константу дисоціації водяної пари можна обчислити з достатньо висо­ кою точністю за рівнянням (в).

Співвідношення між Кр і Кс визначається рівнянням (III,8).

Для реакції розкладання водяної пари на водень і кисень зміна чис­ ла кіломолів дорівнюватиме

Дл = с + d — a — b = nHl + п0г—пНго = 2 — 1 — 2 = 1,

а константа рівноваги, визначена через мольну концентрацію водяної пари, водню і кисню,

Визначити склад водяного газу, утвореного при зазначеній температу­

то рівноважні парціальні тиски кисню при дисоціації Н 2 0 і С 0 2 рівні. Беручи це до уваги і поділивши рівняння (б) на рівняння (в), дістанемо:

Порівнявши рівняння (г) з рівнянням (а), дістанемо:

Крс = л/SSL

Рівноважні парціальнітиски Н 2 , 0 2 і Н 2 0 , визначені через загальний тиск р і ступінь дисоціації водяної пари сс, можна записати як

звідки константа дисоціації водяної пари буде:

Беручи до уваги, що ступінь дисоціації водяної пари дуже малий, величиною а як доданком можна знехтувати; тоді константа дисоціа­ ції водяної пари буде

Аналогічно можна написати вираз константи дисоціації вуглекисло­ го газу:

Підставивши числові значення р і а в рівняння (е) і (ж), дістанемо:

Знайдемо константу рівноваги реакції утворення водяного газу:

рК 2,363 • Ю - 6

Оскільки реакція утворення водяного газу протікає без зміни за­ гального тиску, то

Кр — Кс-

Початкові об'ємні концентрації Н 2 0 і СО дорівнюють 50% (за умовою задачі) тому, позначивши Н 2 і С 0 2 , що утворюються в стані рівноваги, через х%, а концентрації СО і Н 2 0 — через (50 — х)%, дістанемо:

* = -TBoSgr = 0,3835

або

- 5 0 ^ Г = ° > 6 1 9 3 -

Звідси

х= 19,13% .

Склад водяного газу: Н 2 і С 0 2 по 19,13 об.% і Н 2 0 і СО — по 30,87 об.%.

Задача. Газову суміш, що містить 20 об. % СО і 80 об. % N 2 , пропус­ кають при 1300 К і тиску 1,01325 • 103 Па над оксидом заліза (II), який відновлюється до заліза за рівнянням

FeO + C O ^ F e + C02 .

Обчислити кількість заліза, що утворюється на 1000 м3 газу (при­ веденого до нормальних умов), і склад рівноважної газової суміші, як­ що в таких умовах константа рівноваги дорівнює 0,398.

0,8 кмоля N 2 ; у стані рівноваги 0,2 х кмоля С 0 2 і 0,2 (1 — х) кмоля CO. Константу рівноваги реакції можна описати рівнянням

Кс = ^ - .

Підставивши в це рівняння значення Кс і вираз рівноважних кон­ центрацій С 0 2 і CO, дістанемо

"со2 = 0,285 • 0,2 = 0,057 кмоля;

заліза

m F e = 0,057 катома = 0,057 • 55,847 = 3,184 кг.

Отже, на 1000 м 3 приведеної до нормальних умов суміші CO і N 2 за­ значеного вище складу заліза утворюється

m F e = 3,184-g^- = 142,1кг.

Склад рівноважної газової суміші: вуглекислого газу

0,057 • 100% = 5,7 об.о/о;

оксиду вуглецю (II)

(0,2 — 0,057) • 100% = 14,3 об.%;

азоту

0,8 • 100% = 80 об. о/0.

Задача. Взаємодія вуглекислого газу з вуглецем протікає за рів­ нянням

С 0 2 + С(гр.)=е±2С0.

При 1400 К і тиску 3 • 106 Па рівноважна суміш містить 7 об. %С0 2 . Визначити Кр і Кс-