物理化学上册_天津大学第五章-1教程分析.ppt

所以平衡时，各组分的摩尔分数为： y(CH4) = y(H2O) = (1-?) / [2(1+ ?)] = 0.452 / 3.096 = 0.146 y(CO) = ? / [2(1+ ?)] = 0.548 / 3.096 = 0.177 y(H2) = 3y(CO) = 0.531 例 ： 在合成氨生产中，为了将水煤气中的 CO(g) 转化成 H2(g) ， 须加入H2O(g) 进行变换反应： CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) 若要求转化后，除去水蒸气的干燥气体中 CO 的体积分数不 得超过 0.02， 问：1 m3 原料气须与多少体积的 H2O(g) 发生 反应？ 原料气的组成，用体积分数表示是：?(CO)=0.360， ?(H2)=0.355， ?(CO2)=0.055，?(N2)=0.230。转化反应在 550 °C下进行，反应的标准平衡常数 例题 解：由 VB= nBRT / p 可知，在 T，p 一定时，某一组分的分体积正比于其的物质的量。在反应时，各组分的分体积的变化正比于它们在反应式中的计量系数。 设 1 m3 原料气与 x m3 H2O(g) 组成起始的反应系统，达到平衡时，有 y m3 的 CO(g) 发生了转化。 即有： 起始时VB,0/m3 0.360 x 0.055 0.355 0.23 平衡时VB/m3 0.360 – y x – y 0.055 + y 0.355 + y 0.230 平衡时，干燥后气体的体积 V / m3 = (0.360 – y ) + (0.055 + y ) + (0.355 + y ) + 0.230 = 1 + y 按要求，平衡及干燥后，CO的体积分数不得超过0.02 ，即要求： 若总压力为 p ，则任一组分B的分压 标准平衡常数为： ， 即是： 由 得 即每 1 m3 原料气至少配入 3.11 m3 的水蒸气。 例 5.2.1 将一个容积为 1.0547 dm3 的石英容器抽空。 在 297.0 K 时导入一氧化氮直到压力为 24.136 kPa。 然后再引入0.7040 g 的溴，并升温到 323.7 K 。 测得平衡时系统的总压为 30.823 kPa。 求在 323.7 K 时，下列反应的 。计算时容器的热膨胀可忽略不计。 2NOBr(g) = 2NO(g) +Br2(g) 解： 由理想气体状态方程式 pB = nBRT/V 可知，在 T、V 不变的条件下，混合气中组分 B 的分压 pB 与其物质的量 nB 成正比； 当发生化学反应时，有： ? pB = ? nBRT/V ，即组分 B 分压的变化? pB 与其物质的量的变化? nB 成正比。 首先求出在 323.7 K 下， NO(g) 和 Br2(g) 未反应时的起始分压 p0(NO)， p0(Br2)。 而对于化学反应 - vAA - vBB = vYY + vZZ 不同气体分压的变化又与各组分的化学计量数成正比。即有： ?pA /vA= ?pB /vB = ?pY /vY = ?pZ / vZ 只要 ，在固定的T、V 下，随着反应的进行，系统的总压将会改变。所以可以根据反应起始时系统的组成、压力 及平衡时的总压，计算各组分的平衡分压，从而计算 。 由Br 的摩尔质量 79.904 g/mol 得到： 若记 NOBr(g) 的平衡分压为 p(NOBr) ，则有以下分析： 起始时 0 p0(NO) p0(Br2) 平衡时 p(NOBr) p0(NO) - p(NOBr) p0(Br2) – 0.5 p(NOBr) 平衡总压： 由此得到 所以： 由此得到 例 5.2.2 将氨基甲酸铵（A）放在一抽空的容器中，并按下式 分解：