Химия - Константа равновесия

01 марта 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 pi по формуле:

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

где νi — стехиометрический коэффициент. Kp 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 ci, 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 fi и активность ai:

~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 Kx зависит от давления. Если число молей продуктов реакции равно числу молей исходных веществ, то Kp = Kx.

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 Kp 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. Kf связана с K соотношением:

~K_f=K^0^{\Delta n}
где γi — 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 fi — фугитивность компонентов газовой фазы, а ak — 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:

FeOт + COг = Feт + CO

константа равновесия имеет вид:

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


Просмотров: 13283


<<< Концентрационные пределы распространения пламени