В энтропийных методах расчета константы равновесия
ln Kp = - ΔH0т / RT + ΔS0т/ R ≈ - ΔH / RT + ΔS/ R ≈ - А / Т + В
где ΔH0т и ΔS0т - тепловой эффект реакции и изменение энтропии при температуре Т;
∆H и ∆S –средние значения теплового эффекта реакции и изменения энтропии в изучаемом интервале температур.
Зависимость равновесного состава газа от температуры в любой из приведенных реакций определяется изменением константы равновесия Кр, т.е. уравнением изобары реакции d(ln Kp) / dT = ΔH0т / RT2 и качественно – по правилу Ле Шателье. В реакциях эндотермических (ΔН > 0) повышение температуры смещает положение равновесия в прямом направлении, т.е. в сторону уменьшения концентрации газа-восстановителя.
Равновесный состав газа в реакциях восстановления оксидов железа водородом и СО приведен на рисунках 3-6. На всех по оси ординат представлен объемный процент газа восстановителя, поэтому поле каждого рисунка, кроме рис.6, ограничено сверху асимптотой %В = 100.
Линии ( % В = φ(t) ) на рис. 3, 4, 5, 6, 7, описывающие равновесие эндотермических реакций - убывающие кривые, а для экзотермических реакций – возрастающие.
По эмпирическим уравнениям зависимости константы равновесия реакции от температуры вида lg Ka = A/T + B можно рассчитать средние значения теплового эффекта реакции ∆H и изменения энтропии ∆S:
∆H = - 2,3 R A , Дж ; ∆S = 2,3 R B, Дж/К
Средние значения теплового эффекта реакции ∆H и изменения энтропии ∆Sв интервале температур 300-1300оС.
Таблица 5.
Реакция |
1 |
2 |
3 |
4 |
1а |
2а |
3а |
4а |
∆Н, кДж |
-52,0 |
35,3 |
-13,1 |
-1,04 |
-15,5 |
71,3 |
23,4 |
35,5 |
∆S Дж/К |
40,9 |
40,1 |
-17,2 |
-2,96 |
57,7 |
73,5 |
16,2 |
30,4 |
Реакции 1,3, 4, 1а –экзотермические, а реакции 2, 2а, 3а, 4а – эндотермические.
В реакциях восстановления оксидов железа монооксидом углерода ∆Н3>∆Н4<∆Н2, а водородом ∆Н3а<∆Н4а<∆Н2а, что приводит к соответствующей разнице в темпе кривых на рисунках 3 и 4.
В системе Fe – O известны оксиды FeO, Fe3O4, и Fe2O3, из которых монооксид железа устойчив лишь при температуре выше 570оС. Равновесные составы газа, приведенные в таблицах 3 и 4, в реакциях с участием этого оксида не реализуются, и на рисунках 3 и 4 кривые 2, 3, 2а и 3а выполнены пунктирно при t < 570оС. При температуре выше 570оС не реализуются линии реакций 4 и 4а.
Реакции 1 и 1а восстановления высшего оксида железа отличаются высоким значением константы равновесия (Кр " 1), поэтому протекают необратимо в прямом направлении, и равновесная (остаточная) концентрация газа восстановителя составляет тысячные доли процента (рис. 5). Различный темп кривых на этом рисунке объясняется разницей тепловых эффектов реакций 1 и 1а.
Равновесные кривые на рис. 3, 4, 5 делят поля рисунков на области устойчивости отдельных конденсированных фаз. Выше равновесной кривой фактический процент газа восстановителя больше равновесного, и устойчивой фазой является восстановленная форма оксида железа, а под кривой – окисленная форма. Таким образом, на названных рисунках показаны области устойчивости отдельных фаз.
Программа дисциплины "Биохимия молока и мяса"
...
Химические преобразователи солнечной энергии
Современная энергетика
опирается главным образом на такие источники, в которых запасена солнечная
энергия (СЭ). Прежде всего это ископаемые виды топлива, для образования которых
требуются ...
Постановка задачи
Из
литературного обзора становится ясно, что получить на основе фуллеренов
ленгмюровские монослои достаточно сложно. Причины этого в том, что фуллерен
способен структурироваться. Так фуллерен С60 о ...