Учебно-методический комплекс по предмету обсуждена на заседании кафедры «Химическая технология»

Значения

Компоненты	S^o Дж/(моль·К)	ΔН^о кДж/моль
ZnT	41,59	0
ZnST	57,7	-201,0
H2Sг	205,64	-20,15
CO2	213,6	-393,5
CO	197,4	-110,5
O2	205,03	0
H2O	69,95	285,84
H2	130,6	0
I2	116,73	0
HI	206,3	25,94
CH3OH	126,7	-228,7
NH3	192,5	-46,19
HCl	186,7	-92,3
NH4СlT	94,56	-315,39
CaCO3T	92,9	-1206
CaOT	39,7	-635,1
MgCO3T	65,69	-1096,21
MgOT	26,94	-601,24
CH4г	186,19	-74,85
H2Oг	188,74	-241,84

14-Практическая занятия
Тема: Расчет сушильной башни

Константа равновесия химической реакции, протекающей в смеси идеальных газов по уравнению:

аА+вВ= дД+сС

где а,в,с,д-стехиометрические коэффициенты участвующих в реакции веществ А,В,С,Д.

(11.1)

где К_Р-константа химического равновесия; Р_А, Р_В, Р_С, Р_Д-равновесные парциальные давления.

Константа равновесия зависит только от температуры. Константу равновесия можно выразить через концентрации Ci , мольные доли Ni, число молей ni, учитывая соотношения между этими параметрами


(11.2)

Можно получить значения констант равновесия химической реакции:

(11.3)

Константы равновесия К_Р,К_С,К_N cвязаны соотношением:

(11.4)

где Δn-разность между стехиометрическими коэффициентами конечных и начальных газообразных веществ в cоответствии с уравнением реакции. Константа равновесия К_N зависит от общего давления.

Если
n= 0, то
К_Р=К_С К_N (11.5)
Это означает, что при n=0 численные значения константы равновесия при любом способе выражения концентрации одинаковы. В этом случае для вычисления константы равновесия достаточно знать число молей n_i всех веществ в состоянии равновесия в любом заданном объеме.
Уравнение (11.3) может быть использована для расчета константы равновесия химической реакции в идеальном растворе.
Для гетерогенных реакций с участием газообразных веществ и чистых твердых и жидких фаз константа равновесия Кр выражается только отношением равновесных парциальных давлений газообразных реагентов т.к. активность вещества в чистой твердой или жидкой фазе (т.е. содержащей только один компонент) принимается равной единице.
Например, для реакции

аА_т +вВг= сСг

(11.6)

Константу равновесия химической реакции можно вычислить косвенным методом, пользуясь стандартными изменениями энергии Гиббса. Энергия Гиббса является функцией состояния и ее изменение не зависит от пути процесса, а лишь от начального и конечного состояния системы.

В уравнение, связывающее стандартные изменения энергии Гиббса, подставляют известные константы равновесия:

ΔG^o = - 2,303 RTlg K_p (11.7)

и решают его относительно неизвестной константы.


Пример: Рассчитать К_р при 727 ^оК для реакции

SO₂+NO₂ SO₃+NO

Если при данной температуре для реакции

(1) 2SO₂+O₂ 2SO₃ K_p= 3,417.10^-5 Па ^-1

А для реакции

(2) 2 NO+O₂ 2NO₂ K_p= 5,925.10^-5 Па ^-1

Решение: При сложении уравнения (1) с уравнением (2) получим:

2SO₂+O₂+2NO₂=2SO₃+2NO+O₂

Имеем исходное уравнение

SO₂+NO₂ =SO₃+NO

И, следовательно:

Учитывая соотношение (11.7) получим:

-2,303 RT lg K_px= -2,303 RTlg K_p1-2,303 RTlg K_p2

Отсюда: lg K_px=lgK_p1+lgK_p2

Пример: При 390 ^оС и 1,013.10⁵ Па 0,0157 моль NO₂ занимают объем 0,001 м³, причем NO₂ диссоциирует на NO и О₂ Определить Кр и Кс для реакции
Cчитать смесь газов идеальной.
Решение.
Для вычисления степени диссоциации воспользуемся уравнением:

PV=inRT

1. 
   число, показывающее во сколько раз увеличивается число молей первоначально взятых молей NO₂.Если при диссоциации из одной молекулы образуется m новых молекул, то степень диссоциации
   

Для этой реакции:

m=1,5

Тогда

Число молей: NO O₂ NO₂

В исходной смеси О О 0,0157

В равновесной смеси 0,0157 0,0157(1-

Парциальные давления компонентов при равновесии:

Константа равновесия

По уравнению (11.4) определим К_С


Kc= K



Задачи

1. Константа равновесия реакции при 500 К равна К_р=2,961·10^-5 Па^-1. Определить степень диссоциации при этой температуре, если общее давление равно 8,104·10⁵ Па.

2. Вычислить степень диссоциации аммиака при:
а) 400^оС и 10,13·10³ гПа
б) 400^оС и 101,13·10³ гПа
и процентное содержание (в объемных процентах) аммиака в равновесной смеси, если константа равновесия реакции N₂+3H₂ 2NH₃ при 400 ^оС К_р=78,59·10³ гПа.
3. Взято 42 гр N₂O₄ в объеме 0,01835 м³ при 50 ^оС и 946 гПа, N₂O₄ диссоциирует по уравнению N₂O₄ 2NO₂. Вычислить степень диссоциации и константу равновесия.
4. При 830 ^оС и 1013 гПа степень диссоциации сероводорода согласно уравнению 2H₂+S 2H₂S равна 8,7%. Определить константу равновесия К_р этой реакции.
5. Если нагреть 1,518·10^-3 моль иода, то пары его при 800 К под давлением 518 гПа займут объем 2,493·10^-4 м³. Определить константы равновесия (К_С и К_Р) при диссоциации J₂ по уравнению


15-Практическая занятия
Тема: Расчет поглотителя моногидрата

Состав равновесной смеси газов вычисляют по константе равновесия и начальному нестехиометрическому составу смеси газов или наоборот, рассчитывается константа равновесия по начальной нестехиометрической смеси газовой степени превращения.

2. Пример: При 1000 К и Па из исходной смеси, содержащий 1 моль SO₂ и 0,6 моль О₂ при достижении равновесия образовалось 0,22 моль SO₃. Определить К_р для реакции
Решение.
На образование 0,22 моль SO₃ согласно уравнению реакции потребуется 0,22 моль SO₂ 0,11 моль О₂
Число молей для реакции:
В исходной смеси 1,0 0,6 0

В равновесной смеси 1-0,22 =0,78 0,6-0,11=0,49 0,22

моль

Парциальное давление компонентов при равновесии:

Константа равновесия:

Пример. Для реакции
При 2300 °С К_р= 0,128^.10^-5 Па^-1. Определить состав равновесной смеси ( в объемных процентах ). Полученной при давлении 10,13^.10⁵ Па из 2 моль этилена и 1 моль HCl
Решение.
Обозначим через Х число молей образовавшегося C₂H₅Cl_Г. Так как на его образование должно израсходоваться согласно химическому уравнению реакции по Х молей и HCl , то в равновесной смеси останется (2-Х) моль и (1-Х)моль HCl.

Число молей для реакции:

В исходной смеси 2 1 0

В равновесной смеси 2-Х 1-Х Х

Парциальные давления компонентов

; ;

Константа равновесия:

Решение это уравнение относительно Х, получим два корня.

Х₁=0,44; Х₂=2,55

Второй корень не имеет физического смысла, т.к. Х в данном случае не может быть больше единицы.

Тогда в равновесной смеси содержится:

HCl=1-0,44=0,56 моль

Состав смеси в молярных или объемных процентах можно определить из соотношения:

Состав смеси:

Задачи

1. 
   Из смеси, содержащей 1 моль азота и 3 моль водорода, в состоянии равновесия при давлении 10,13^.10⁵ Па образуется 0,5 моль аммиака. Вычислить К_р для реакции . Определить процентный выход аммиака по объему.
   
2. 
   Константа равновесия для реакции: при 2673 К равна 0,0035. Какой выход NO получится при этой температуре: а) из воздуха; б) из смеси 40% (об) О₂ и 60% (об) N₂; в) из смеси 80% (об) О₂ и 20% (об) N₂.
   
3. 
   Для реакции: К_р=1 при 930 К. Рассчитать процентный состав исходной смеси СО и Н₂О, чтобы при той же температуре равновесная смесь содержала по 20% (об) СО₂ и Н₂
   
4. 
   Для реакции : при 930 К Кр=1. Смеси, состоящая из: 45% (об) СО и 55 % (об) Н₂О, нагревается до 930 К. Определить равновесный состав смеси.
   
5. 
   Газовая смесь состава: 45% (об) СО, 35% (об) Н₂ и 20% (об) Н₂О– нагревается до 1400 °С. Рассчитать равновесный состав смеси газов
   

CO₂+H₂O_Г=CO+H₂
Если константа равновесия при этой температуре равна 2,21.
6. Вычислить при 1000 °С и 20,26·10⁵ Па К_р и К_с реакции образования метана . Если равновесная смесь газов содержит 22,2% (об) СН₄, 31,8% (об) СО₂, 25,8 % (об) H₂ и 20,2% (об)СО.
7. Вычислить равновесный выход СО для реакции C+CO₂=2CO при 800 °С 1,013^.105 Па если К_р=6,683^.10⁵ Па.


Литература

1. 
   Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.:Химия, 1973.-754 с.
   
2. 
   Плановский А.Н., Рамм Б.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1968. - 847 с.
   
3. 
   Юсупбеков Н.Р., Нурмуҳамедов Х.С., Закиров С.Г. Кимёвий технология асосий жараён ва қурилмалар. - Т.:Шарқ, 2003. - 644 б.
   
4. 
   Юсупбеков Н.Р., Нурмуҳамедов Х.С., Исматуллаев П.Р. Кимё ва озиқ-овқат саноатларининг жараён ва қурилмалари фанидан ҳисоблар ва мисоллар. - Т.: NISIM, 1999. - 351 б.
   
5. 
   Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии.-М.-Л.:Химия, 1983.- 576с.
   
6. 
   Романков П.Г., Курочкина М.И. Расчетные диаграммы и номограммы по курсу "Процессы и аппараты химической технологии". - Л.: Химия, 1985. - 56 с.
   
7. 
   Тетеревков А.И. и др. О бороудования заводов неорганических веществ: Сб. примеров и задач.- Минск.: Выш. шк. ,1984.-196с.
   
8. 
   Позин М.Е. Технология минеральных удобрений: 5-е изд. , перераб. –Л.:Химия, 1983.-336с.