Константа равновесия. Определение

направления химической реакции
в неравновесных условиях

Цель работы

1. Определить направление химической реакции в условиях, отличных от равновесных.

2. Рассчитать стандартное изменение энергии Гиббса и константу равновесия при заданной температуре одним из рассмотренных способов при заданной температуре.

Методика расчета изменения энергии Гиббса

Химической реакции в неравновесных условиях

Уравнение изотермы химической реакции

Константа равновесия определяет условия, когда парциальные давления (концентрации) являются равновесными.

Для определения направления химической реакции, когда парциальные давления (концентрации) исходных продуктов и исходных веществ отличаются от равновесных, используется уравнения изотермы химической реакции для изобарно-изотермического процесса

(5.1)

и для изохорно-изотермического процесса

. (5.2)

где , , , или , , , – неравновесные парциальные давления или концентрации; – константа равновесия химической реакции для данной температуры.

Уравнение изотермы химической реакции по своему абсолютному значению характеризует степень удаленности системы от равновесия, а по знаку – направление реакции. Если , значит, реакция идет в прямом направлении. Если , реакция идет в обратном направлении. Если , следовательно, выбранные парциальные давления (концентрации) являются равновесными.

Таким образом, для определения направления химической реакции в неравновесных условиях нужно рассчитать стандартное изменение энергии Гиббса или константу равновесия химической реакции при заданной температуре и вычислить по уравнению изотермы химической реакции изменение энергии Гиббса этой реакции при данной температуре и заданных неравновесных парциальных давлениях , , , .

Другие методы расчета константы равновесия

Кроме метода стандартных термодинамических величин, для расчета константы равновесия используются методы:

– высокотемпературных составляющих энтальпии и энтропии компонентов;

– значений приведенных энергий Гиббса компонентов;

– косвенного расчета комбинированием реакций.

Эти методы позволяют более оперативно определить и химической реакции для заданной температуры.

5.2.3. Расчет D_rG_T и К_р с использованием

Высокотемпературных составляющих энтальпии

И энтропии компонентов

Рассчитаем и для химической реакции с использованием табличных значений высокотемпературных составляющих ( ) и ( ) или ( ) и компонентов реакции.

Высокотемпературные составляющие известны для большинства неорганических соединений, что позволяет определить или К_р, используя табличные значения высокотемпературных составляющих.

Эта методика является более простой для определения или К_р при определенной температуре. Кроме того, в таблицах этих термодинамических величин учтены фазовые превращения, и при определении или К_р данная методика свободна от осложнений влияния фазовых превращений.

В этом случае для определения , и :

; (5.3)

; (5.4)

. (5.5)

Аналогично можно определить через ( ) и компонентов реакции.

5.2.4. Пример расчета D_rG_T и К_р с использованием