Определение направления протекания обратимых реакций
Так как константа равновесия представляет собой отношение констант скорости прямой и обратной реакций, то само её значение говорит о направлении процесса. Так, если константа равновесия больше единицы, то при данных условиях самопроизвольно будет осуществляться прямая реакция, если же она меньше единицы - обратная реакция.
В соответствии с принципом Ле-Шателье (см. п. 4.5) положение равновесия может быть смещено при изменении условий, в которых протекает реакция. Поэтому в общем случае можно оценить смещение равновесия при изменении соотношения начальных количеств веществ, участвующих в реакции. Если соотношение концентраций реагирующих веществ в начальный момент обозначить P:
CDd CЕe P = (¾¾¾¾)нач , CAa CBb |
то по соотношению Z и Кс можно предсказать направление реакции при заданных условиях эксперимента:
при P < K самопроизвольно протекает прямая реакция;
при P > K самопроизвольно протекает обратная реакция;
при P = K система находится в равновесии.
Чем больше значение константы равновесия отличается от единицы, тем в большей степени равновесие реакции сдвинуто в соответствующую сторону (вправо при К > 1 и влево при К < 1).
4.4.2. Расчёт равновесного выхода продуктов реакции
Для расчёта теоретического равновесного выхода продуктов кроме величины константы равновесия необходимо знать исходные концентрации реагентов. Разберём принцип такого расчёта на конкретном примере.
Пример: Рассчитать равновесный выход продуктов и состав реакционной смеси при равновесии для реакции этерификации, протекающей в газовой фазе.
CH3COOH + C2H5OH Û CH3COOC2H5 + H2O
при р = 1,013.105 Па и Т = 298 К, если исходные концентрации CH3COOH и C2H5OH равны соответственно 1 и 2 моль/л. Константа равновесия реакции Кр = Кс = 4.
Решение: Составим таблицу значений числа молей всех веществ, участвующих в реакции (в 1 литре реакционной смеси):
CH3COOH | C2H5OH | CH3COOC2H5 | H2O | |
в начальный момент | 1 моль | 2 моль | 0 моль | 0 моль |
при равновесии | 1 - х моль | 2 - х моль | х моль | х моль |
Так как данная реакция идёт без изменения объёма реакционной смеси, концентрации в уравнении закона действующих масс могут быть заменены числом молей соответствующих веществ. Согласно общему выражению для константы равновесия:
ССН3СООС2Н5 СН2О х2 Кр = Кс = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾ = 4. ССН3СООН СС2Н5ОН (1 - х)(2 - х) |
Преобразуем полученное выражение в уравнение:
x2 = 4(1 - x)(2 - x); x2 = 4(2 - x - 2x + x2); x2 - 4x2 + 12x - 8 = 0;
3x2 - 12x + 8 = 0.
Решая его относительно х, получим:
12 ± Ö 144 - 4´3´8 12 ± 6,93 х1,2 = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ ; 2´3 6 |
х1 = 3,155 моль; х2 = 0,845 моль.
Поскольку из 1 моль CH3COOH и 2 моль C2H5OH нельзя получить более 1 моль этилацетата, x1 отбрасывается, как не удовлетворяющий условию. Значит, теоретический равновесный выход этилацетата будет равен 0,845 моль или 84,5%. Состав реакционной смеси при равновесии будет таким:
Этилацетата - 0,845 моль;
Уксусной кислоты - 1 - 0,845 = 0,155 моль;
Этилового спирта - 2 - 0,845 = 1,155 моль
Воды - 0,845 моль.
Дата добавления: 2016-01-26; просмотров: 917;