Константа равновесия

Химия - Константа равновесия

28 февраля 2011

Оглавление:
1. Константа равновесия
2. Константа равновесия и изменение энергии Гиббса
3. Зависимость константы равновесия от температуры
4. Методы расчета константы равновесия

величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия. Зная константу равновесия реакции, можно рассчитать равновесный состав реагирующей смеси, предельный выход продуктов, определить направление протекания реакции.

Способы выражения константы равновесия

Для реакции в смеси идеальных газов константа равновесия может быть выражена через равновесные парциальные давления компонентов p_i по формуле:

$K_p = \prod p_i^{{\nu}_i}$

где ν_i — стехиометрический коэффициент. K_p не зависит от общего давления, от исходных количеств веществ или от того, какие участники реакции были взяты в качестве исходных, но зависит от температуры .

Например, для реакции окисления монооксида углерода:

2CO + O₂ = 2CO₂

константа равновесия может быть рассчитана по уравнению:

$~K_p=\frac {p_{CO_2}^2}{p_{CO}^2 \cdot p_{O_2}}$

Если реакция протекает в идеальном растворе и концентрация компонентов выражена через молярность c_i, константа равновесия принимает вид:

$~K_c = \prod c_i^{{\nu}_i}$

Для реакций в смеси реальных газов или в реальном растворе вместо парциального давления и концентрации используют соответственно фугитивность f_i и активность a_i:

$~K_f = \prod f_i^{{\nu}_i}$

$~K_a = \prod a_i^{{\nu}_i}$

В некоторых случаях константа равновесия может являться функцией не только температуры, но и давления. Так, для реакции в смеси идеальных газов парциальное давление компонента может быть выражено по закону Дальтона через суммарное давление и мольную долю компонента, тогда легко показать, что:

$~K_p = K_x P^{\Delta n}$

где Δn — изменение числа молей веществ в ходе реакции. Видно, что K_x зависит от давления. Если число молей продуктов реакции равно числу молей исходных веществ, то K_p = K_x.

Стандартная константа равновесия

Стандартная константа равновесия реакции в смеси идеальных газов может быть рассчитана по выражению:

$~K^0 = \prod^{v_i}$

где $\tilde {p_i}$ — относительные парциальные давления компонентов, $\tilde {p_i} = p_i/p_i^0$ .

Стандартная константа равновесия — безразмерная величина. Она связана с K_p соотношением:

$~K_p=K^0^{\Delta n}$

Видно, что если $p_i^0$ выражены в атмосферах, то $^{\Delta n}=1$ и $~K_p=K^0$ .

Для реакции в смеси реальных газов в стандартном начальном состоянии парциальные фугитивности газов принимаются равными их парциальным давлениям $f_i^0=p_i^0$ = 0,1013 МПА или 1 атм. K_f связана с K соотношением:

$~K_f=K^0^{\Delta n}$

где γ_i — коэффициент фугитивности i-го реального газа в смеси.

Константа равновесия реакций в гетерогенных системах

Для гетерогенной химической реакции, например, между компонентами реального газа и реального раствора, константа равновесия в общем случае может быть выражена уравнением:

$K_{fa}=~\prod$

где f_i — фугитивность компонентов газовой фазы, а a_k — активность компонентов конденсированной фазы.

Если конденсированные фазы представляют собой практически чистые вещества, их активности постоянны и могут быть включены в константу равновесия. Условно можно принять их равными единице и, таким образом, исключить из выражения.

Например, для реакции твёрдофазного восстановления оксида железа:

FeO_т + CO_г = Fe_т + CO_2г

константа равновесия имеет вид:

$K_p = \frac{p_{CO_2}}{p_{CO}}$

<<< Концентрационные пределы распространения пламени

Химики
Бытовая химия
Химические вещества
Химические законы и уравнения
История химии
Лабораторная техника

Химическое машиностроение
Награды в области химических наук
Химическая номенклатура
Химическое образование
Химические общества
Химическая промышленность

Разделы химии
Химические реакции
Химические свойства
Химическая связь
Химические системы
Химические теории