Зависимость между константой равновесия и степенью диссоциации

Рассмотрим реакцию горения водорода, сопровождающуюся уменьшением числа молей:

Состав продуктов сгорания к моменту равновесия будет следующий: 2а молей водорода, а молей кислорода и 2(1 - а) молей водяного пара. Используя известные формулы газовых смесей, находим парциальные давления компонентов

Отсюда по формуле (11.44) находим

188

Из последней формулы следует, что степень диссоциации определяется давлением, при котором происходит диссоциация. Анализ формул зависимостей константы равновесия и степени диссоциации позволяет заключить, что константа равновесия представляет более удобную расчетную величину, чем степень диссоциации. Поэтому при расчетах состава продуктов сгорания обычно используют константу равновесия и для нее приводятся зависимости от температуры для различных реакций.

Зависимость между константой равновесия и максимальной работой. Уравнение изотермы химической реакции

Скорость и полнота химической реакции определяются химическим сродством реагирующих веществ. Степень химического сродства зависит от величины максимальной работы, которая для изохорно-изотермической реакции определяется разностью изохорных потенциалов (F - F2), а для изобарно-изотермической — разностью изобарных потенциалов (Z - Z2). Чем большее значение имеет максимальная работа реакции, тем больше химическое сродство реагентов. Тем полнее в этом случае проходит реакция и тем меньше остается к моменту равновесия исходных веществ и тем больше продуктов реакции.

Из анализа формулы (11.44) можно заключить, что константа равновесия с увеличением полноты реакции уменьшается. Отсюда следует, что константа равновесия связана с максимальной работой определенной зависимостью. Уравнение, связывающее две эти величины, называется уравнением изотермы химической реакции.

Для вывода этого уравнения рассмотрим обратимую реакцию вида

В состоянии равновесия парциальные давления становятся равновесными и равнымиPa,Pb>PoPd- Изменение изобарно-изотермического потенциала находится по формуле (11.42). Подставляя в эту формулу значения химических потенциалов, определяемых уравнением (11.40), получим уравнение

Учитывая (11.43), находим

Так как Amax = AZ = Z{ - Z2, то

Полученное уравнение называется уравнением изотермы химической реакции, или уравнением Ваит-Гоффа, который предложил работу Ашах считать мерой химического сродства. Из анализа этого уравнения следует, что химическое сродство не является неизменным свойством вещества или группы веществ — оно зависит от температуры и от парциальных давлений (от концентрации исходных веществ и продуктов реакции).

Вывод уравнения (11.46) одинаков как для изобарно-изотермических, так и для изохорно-изотермических реакций. Анализ этого уравнения приводит к нескольким заключениям.

  • 1. Если Атах = 0, то система находится в равновесии.
  • 2. Если Атах > 0, то п(рлРп/рсРо) > Inkp. Реакция в данном случае может идти только слева направо, т.е. с образованием веществ С и D.
  • 3. Если А1Ш1Х < 0, то реакция может идти только справа налево, т.е. с образованием веществ А и В .

Уравнению изотермы химической реакции можно придать более простой вид, если отношение парциальных давлений принять равным единице:

Тогда из (11.46) следует

Или, учитывая, что R = 8,3143 кДжДмоль • К), получаем формулу

Работа, определяемая по формуле (11.48), принимается как стандартная и называется стандартным сродством реакции.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >