Константы равновесия химических реакций

Обратимом окислении топлив.

До сих пор рассматривался необратимый процесс горения в результате которого химическая энергия топлива преобразовывалась в тепловую энергию рабочего тела. Из термодинамики известно, что максимальный коэффициент преобразования тепловой энергии в работу или электрическую энергию достигается в обратимых процессах. Сказанное относится и к процессу преобразования энергии химического топлива в работу. Рассмотрение обратимых процессов в химических превращениях основывается на применении второго начала термодинамики. Рассмотрим химическую реакцию

. (2.4.1)

В условиях равновесия скорость ее протекания слева направо равна скорости обратной реакции справа налево. Согласно закону действующих масс скорость химической реакции пропорциональна произведению

концентраций реагирующих веществ. В данном случае

,

,

где k₁, k₂ - константы, зависящие от температуры. Когда наступает

равновесие, , или

(2.4.2)

где - константа равновесия, зависящая только от температуры. Таким образом в условиях равновесия отношение произведения концентраций продуктов реакции к произведению концентраций реагирующих

веществ равно константе равновесия химической реакции, зависящей

только от температуры.

Обычно в качестве концентрации вещества А берут число его молей

в единице объема, т.е. размерность [ А ] равна кмоль/м или моль/см.

Формула (2.4.2) позволяет найти состав смеси реагирующих химических веществ, если константа равновесия известна. Рассмотрим пример. Найдем состав смеси равновесной реакции

если К_с = 1 и в начале реакции в смеси был 1 моль СО и 1 моль Н₂О.

Решение. Обозначим через x число молей углекислого газа в единице объема, тогда из уравнения реакции следует, что концентрация СО равна 1-x, концентрация водорода равна концентрации углекислого

газа, т.к. они образуются совместно. Соответственно концентрация

паров воды равна 1-x. Воспользуемся теперь условием равновесия

(2.4.2), из которого следует, что

x*x/(1-x)(1-x) = 1,

откуда x = 0,5. Таким образом в условиях равновесия концентрации

всех реагирующих веществ одинаковы и составляют 0,5 кмоля на куб.

Обычно измеряются не концентрации реагирующих веществ а их парциальные давления. Так определяется константа равновесия

(2.4.3)

которая связана с константой К_с некоторым соотношением. Найдем его в

предположении, что реагирующие газы являются идеальными, а, следовательно, подчиняются уравнению состояния:

,

где R₀ - универсальная газовая постоянная. Из уравнения следует, что

,

где - мольная концентрация i -ой компоненты. Подставляя

это выражение в (2.4.3), найдем

.

Дата добавления: 2015-06-27