ИЗОТЕРМА ВАНТ — ГОФФА, ВЫВОД И АНАЛИЗ
Константа равновесия определяют условия равновесия, когда концентрация (парциальные давления) является равновесными. В каком направлении пойдёт химическая реакция, если парциальное давление исходных веществ и продуктов реакции отличаются от равновесных? Ответить на этот вопрос поможет уравнение изотермы химической реакции.
Рассмотрим уравнение реакции: aA + bB ↔ cC + dD
Для изобарно-изотермического процесса изменение Гиббса равно:
P’- неравновесное, парциальное давление компонентов.
где =
— по форме записи напоминает константу равновесия, но отличается тем, что вместо равновесных давлений в него входят величины давления в данный момент времени.
( ) — это выражение, куда входят величины концентраций в данный момент времени.
АНАЛИЗ ИЗОТЕРМЫ ВАНТ-ГОФФА
1. Главное значение изотермы реакции состоит в том, что она позволяет рассчитать ∆Gили ∆Fобратимый реакции для заданного состава реакционной смеси и определить, в каком направлении, и до какого предела протекает реакция при известных условиях.
а) Если Кр˃Кр’, то lnКр˃lnКр’; ∆G˂0- реакция идет самопроизвольно в прямом направлении.
б) Если Кр˂Кр’, то lnКр˂lnКр’; ∆G˃0- реакция протекает самопроизвольно в обратном направлении, в сторону образования продуктов.
в) Если Кр=Кр’, то lnКр=lnКр’; ∆G=0- равновесие.
Если парциальное давление всех участников реакции в данный момент времени равны атмосферному давлению
Пусть PA’=PB’=PC’=PD’=1( 1,013*10 5 Па), тоKp’=1; Тогда логарифм этого выражения будет равен нулю (lnKp’=0), а уравнение изотермы Вант – Гоффа примет вид:
∆G⁰=RTlnKp-стандартная энергия Гиббса
Выразм константу равновесия из последнего уравнения и получим:
Пример решения задачи:
В объеме 10л, взяли: 320(г) О2 , 10(г) Н2 и 180(г) паров воды . Определите, в какую направлении пойдёт химическая реакция: , если при температуре Т
(Кс=10). Процесс изохорный.
;
;
;
;
;
;
˂0 — реакция идет в прямом направлении.
ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА КОНСТАНТУ
РАВНОВЕСИЯ. УРАВНЕНИЕ ИЗОБАРЫ И ИЗОХОРЫ ВАНТ-ГОФФА (В-Г)
Константы равновесия — это величины постоянные при данной температуре. При изменении температуры константа равновесия изменяется, и довольно существенно.
Изменение константы равновесия и направления химической реакции в зависимости от температуры количественно характеризует уравнение изобары изохоры химической реакции.
ВЫВОД УРАВНЕНИЯ ИЗОБАРЫ И ИЗОХОРЫ
Разделим уравнение изотермы Вант- Гоффа на температуру:
Продифференцируем его по Т и перепишем:
Представим уравнение Гиббса – Гельмгольца в виде:
Из уравнения (1) вычтем уравнение (2):
Эти уравнения показывают влияния температуры на константу равновесия, где определяющим фактором является тепловой эффект химической реакции.
Влияние температуры на константу равновесия определяется типом реакци.
1. Если тепловой эффект реакци ∆H(∆U)˃0(эндотермическая, поглощение), то ˃0, тогда при увеличении температуры (Т↑) константа равновесия Кр увеличивается.
В обратном — Т↓,Кр↓.
2. Если ∆H(∆U)˂0 (экзотермическая, выделение), то ˂0, тогда при повышении температуры константа равновесия Кр уменьшается или Кр увеличивается при понижении температуры.
В обратном — Т↑,Кр↓.
3. Если ∆H(∆U)=0 , тов этом случае константа равновесия не зависит от температуры Кp ≠ f(T).
ИНТЕГРИРОВАНИЕ ИЗОБАРЫ В-Г
1. Приближенное интегрирование ∆Н ≠ f(Т),
тогда ;
;
;
;
;
.
С помощью этого уравнения можно найти:
1. ∆Н (тепловой эффект реакции), если известны равновесия при двух различных температурах (Кр1(Т1) и Кр2(Т2))
2. Кр2(Т2) – константу равновесия при температуре Т2, если известна константа равновесия при другой температуре и тепловой эффект реакции (Кр1(Т1) и ∆Н).
Так как после интегрирования мы получили уравнение прямой, то эта зависимость может быть представлена на графике: lnKp(1) lnKp(2)
Тангенс угла наклона прямой реакции, исходя из уравнения прямой:
;.
Зависимость теплового эффекта от температуры выражается уравнением:
Подставим это уравнение в уравнение изобары Вант- Гоффа:
;
при Т=0(К)
Проинтегрируем это уравнение и получим:
;
где В — постоянная интегрирования, для нахождения необходимо знать значения константы равновесия Кр при любой фиксированной температуре.
Однако проводить расчеты с использованием данного уравнения довольно сложно и используется довольно редко.
Пример. Определим изменение эффекта реакции Fe+H2O+FeO+H2, если для Т1=900К, Кр1=1,452, а для Т2=1025К Кр2=1,285.
Используем уравнение:
При повышении температуры от 900 до 1025К выделится дополнительно 7,5 кДж/моль теплоты.
| | следующая лекция ==> | |
Метод статистического моделирования нагрузки на ЭВМ | | | Строение и характеристика макроэргических соединений на примереАТФ |
Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 9764 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Вопрос № 6.Химические реакции металлургических процессов. Оценка самопроизвольности их протекания. Уравнение изотермы Вант- Гоффа.
Читайте также:
|