Способы выражения константы равновесия

1. Расчеты констант равновесия в газовой фазе

• через парциальные давления  (К_р).

Согласно закону действующих масс константа равновесия химической реакции равна отношению произведений равновесных парциальных давлений продуктов реакции в степенях их стехиометрических коэффициентов к добутккив равновесных парциальных давлений исходных веществ в ступенх их стехиометрических коэффициентов.

Для реакции

аА + bB ⇄ cC + dD,

где Р_С, P_D, P_A, P_B — равновесные парциальные давления веществ C, D, A, B.

• через рівноважні молярні концентрації компонентів (К_с):

где С_С, С_D, С_A, С_B — равновесные молярные концентрации веществ C, D, A, B.

Δn=c+d-a-b.

• через равновесные молярные доли компонентов (К_х) :

где x_С, x_D, x_A, x_B — равновесные мольные доли веществ C, D, A, B.

Связь констант химического равновесия описывается уравнением:

K_p=K_с(RT)^Δn=K_хР^Δn

Δn — разница стехиометрических коэффициентов продуктов реакции и исходных веществ.

ВЫВОДЫ

• константа равновесия К_х  для реакций в газовой фазе в отличие от констант равновесия К_р и К_с зависит от общего давления Р;
• если реакция в газовой фазе протекает без изменения количества веществ  (моль), то Δn=0, а K_p = K_с = K_x
• К_с, К_р зависят только от температуры и является термодинамическими константами равновесия.

2. Изотерма химической реакции Вант-Гоффа

Связь между парциальными давлениями веществ в равновесной смеси и общими условиями термодинамического равновесия устанавливает уравнение изотермы химической реакции:

де ΔG — изменение энергии Гиббса

K_p — константа химического равновесия, выраженная через парциальные давления веществ

П′_р — отношение произведений начальных (неравновесных) парциальных давлений продуктов реакции и исходных веществ

При стандартных условиях при парциальных давлениях всех компонентов системы 1 атм

Если парциальные давления выражены в Па, то

ΔG⁰=Δn RT ln1,013·10⁵ – RT ln K_p⁰

або

ΔG⁰=95832ΔnT – RT ln K_p⁰

де K_p⁰ – стандартная константа равновесия.

3. Определение направления процесса по изотерме химической реакции

1. Если П′_р<K_p ⇒ ΔG<0 реакция проходит самопроизвольно

2. Если П′_р=K_p ⇒ ΔG=0 реакция находится в состоянии равновесия

3. Если П′_р>K_p ⇒ ΔG 0 реакция самопроизвольно не проходит

4. Зависимость константы равновесия от температуры

Зная константу химического равновесия К_р1 при температуре Т₁, можно вычислить константу равновесия К_р2 при Т₂, используя уравнение:

По константам равновесия при разных температурах можно рассчитать тепловой эффект химической реакции: