Химическое равновесие в реакции, в которую вступает 1 моль веществ, а получается 4 моль

Жуков Г.   ХТ – 03 – 1

Тема: «Химическое равновесие»

С₆Н₁₂ →3Н₂ +  С₆Н₆

гексен-1

1. Используя справочную литературу, рассчитать lgK_f в интервале 500-1000 К с шагом 100.

T,K	lgKfобр		lgKf реакции
	С6H12	С6Н6
500	-18,766	-17,152	1,614
600	-19,817	-15,901	3,916
700	-20,636	-15,051	5,585
800	-21,282	-14,434	6,848
900	-21,811	-13,97	7,841
1000	-22,246	-13,608	8,638

lgK_f= lgK_f^обр(С₆Н₁₂)- lgK_f^обр(С₆Н₆)

lgK_f⁵⁰⁰= 18,766+-17,152=1,614 ккал

lgK_f⁶⁰⁰=19,817+-15,901=3,916 ккал

lgK_f⁷⁰⁰=20,636+-15,051=5,585 ккал

lgK_f⁸⁰⁰= 21,282+-14,434=6,848 ккал

lgK_f⁹⁰⁰=21,811+-13,97=7,841 ккал

lgK_f¹⁰⁰⁰=22,246+-13,608=8,638ккал

2. Вычислить составы равновесной смеси при температуре 600 и давлениях 1; 10; 20; 35; 50 атм.

а) T=600 К                                

    p=1 атм                                                                

                           С₆H₁₂          =                                        3H₂          +           С₆Н₆

lgKp(600)	-19,817		-15,901
N	(1-x)/(3х+1)	(3х)/(3х+1)	x/(3х+1)
N =	0,000	0,750	0,250
ω	0,000	0,071	0,929

При давлении 1 атм систему можно считать идеальной. Тогда γ для каждого вещества равны 1,  f = p

π=p/p_кр

τ=T/T_кр

LgK_N=LgK_f-LgK_Y-3*LgP = LgK_f                        

LgK_N=3,916

 

Зная константу равновесия, определяем х и находим состав равновесной смеси.

В таблицах максимальное значение константы равновесия 1,923, при этом значение х = 0,995. Тогда при LgK_N=3,916  х≈1.              

N_A=(1-x)/(3х+1) = 0

N_B=(3х)/(3х+1)= 0,75

N_C=x/(3х+1)= 0,25

ω_A=(1-x)*84/84 =(1-x)84/84=1-x =0

ω_B=(3x)*2/84 =x/14=0.071

ω_B=x*78/84 =0.929

б) T=600 К                                

p=10 атм                                                               

                           С₆H₁₂          =             3H₂        +            С₆Н₆

lgKp(600)	-19,817		-15,901
Tкр	504	33,3	562,7
Ркр	42,9	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	0,23	0,48	0,26
τ	1,19	14,53	1,07
γ	0,97	1	0,95
N	0,012	0,741	0,247
ω	0,047	0,068	0,885

π=p/p_кр

τ=T/T_кр

Для С₆H₁₂ 

π=10/42,9=0,23.

τ=600/504=1,19.

По графику находим γ=0.97.

Для H₂ 

π=p/(p_кр+8)=10/(12,8+8)=0,48.

τ==T/(T_кр+8)=1000/(33.3+8)= 14,53.

По графику находим γ=1.

Для С₆H₆ 

π=10/38=0,26.

τ=600/562,7=1,07.

По графику находим γ=0.95.

K_y=0,979      lgK_y=-0,009

LgK_N=LgK_f-LgK_Y-3*LgP                                    

LgK_N=0,925                              

Зная константу равновесия, определяем х и находим состав равновесной смеси.

Х находим методом интерполяции, из таблиц.    

x	lgKN
0,95	0,887
0,97	1,1253
0,02	0,2383
∆х	0,038

   

х=0,95+0,003=0,953

N_A=(1-x)/(3х+1) = 0,012

N_B=(3х)/(3х+1)= 0,741

N_C=x/(3х+1)= 0,247

в) T=600 К                                

p=20 атм                                                               

                                  С₆H₁₂          =             3H₂          +      С₆Н₆

lgKp(600)	-19,817		-15,901
Tкр	504	33,3	562,7
Ркр	42,9	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	0,47	0,96	0,53
τ	1,19	14,53	1,07
γ	0,92	1	0,88
N	0,073	0,695	0,232
ω	0,240	0,054	0,705

K_y=0,957      lgK_y=-0,019

LgK_N=LgK_f-LgK_Y-3*LgP                                    

LgK_N=0,032                                                                      

x	lgKN
0,7	-0,139
0,8	0,148
0,1	0,287
∆х	0,171

         

х=0,7+0,06=0,76

N_A=(1-x)/(3х+1) = 0,073

N_B=(3х)/(3х+1)= 0,695

N_C=x/(3х+1)= 0,232

г) T=600 К                                

    p=35 атм 

                             С₆H₁₂          =             3H₂          +      С₆Н₆                                                   

lgKp(600)	-19,817		-15,901
Tкр	504	33,3	562,7
Ркр	42,9	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	0,82	1,68	0,92
τ	1,19	14,53	1,07
γ	0,86	1	0,79
N	0,203	0,598	0,199
ω	0,504	0,035	0,460

K_y=0,919  lgK_y=-0,037

LgK_N=LgK_f-LgK_Y-3*LgP                              

LgK_N=-0,679

x	lgKN
0,4	-0,966
0,5	-0,666
0,1	0,3
∆х	0,287

     

х=0,4+0,096=0,496

N_A=(1-x)/(3х+1) = 0,203

N_B=(3х)/(3х+1)= 0,598

N_C=x/(3х+1)= 0,199

д) T=600 К                                

p=50 атм                                                                 

                             С₆H₁₂          =             3H₂          +      С₆Н₆                                                   

lgKp(600)	-19,817		-15,901
Tкр	504	33,3	562,7
Ркр	42,9	12,8	38
Zкр	0,27	0,29	0,27
π	1,17	2,40	1,32
τ	1,19	14,53	1,07
γ	0,8	1	0,68
N	0,306	0,520	0,173
ω	0,638	0,026	0,336

K_y=0,850    lgK_y=-0,071

LgK_N=LgKf-LgK_Y-3*LgP                                  

LgK_N=-1,110                                                      

x	lgKN
0,3	-1,341
0,4	-0,966
0,1	0,375
∆х	0,231

      

х=0,3+0,062=0,362

N_A=(1-x)/(3х+1) = 0,306

N_B=(3х)/(3х+1)= 0,520

N_C=x/(3х+1)= 0,173

Получили

P, атм	N С6H12,%	N H2, %	N С6Н6, %
1	0,000	0,750	0,250
10	0,012	0,741	0,247
20	0,073	0,695	0,232
35	0,203	0,598	0,199
50	0,306	0,520	0,173

P, атм	ω С6H12,%	ω H2, %	ω С6Н6, %
1	0,000	0,071	0,929
10	0,047	0,068	0,885
20	0,240	0,054	0,705
35	0,504	0,035	0,460
50	0,638	0,026	0,336

3. Вычислить тепловой эффект данной реакции при Т=600 К и давлении 35 атм.

                        С₆H₁₂            =       3H₂         +       С₆Н₆

∆H600 обр	-15,16	0	16,71
τ	1,19	14,53	1,07
π	0,82	1,68	0,92
Zкр	0,27	0,29	0,27
Tкр	504	33,3	562,7
(H0-H)/Tкр	1,421	0	2,369
H0-H	716,2	0	1333,0

(H⁰-H)/Tкр определяется по таблицам, в зависимости от τ, π, Z_кр.

(H⁰-H)= (H⁰-H)/T_кр*Т_кр                                        

∆(H₀-H) = 616,9 кал

∆H₆₀₀⁰ =31,87 ккал

∆H₆₀₀³⁵ =31,25 ккал

4. Анализ полученных результатов.

По принципу Ле-Шателье равновесие реакции при повышении давления смещается в сторону уменьшения объёма. В реакции               С₆H₁₂=3H₂                  +С₆Н₆ вступает 1 моль веществ, получается 4 моль. Следовательно, при повышении давления равновесие должно смещаться в сторону обратной реакции. Это видно на диаграмме –

молярная доля исходного вещества – гексена растет  с повышением давления, а водорода и бензола уменьшается.