Скачать расчётный файл в формате Excel.
Расчёт константы равновесия производится для реакции типа:
aA+bB=cC+dD.
Если же какой-то стехиометрический коэффициент этой реакции приравнять нулю, то мы получим более простую реакцию. Так, если, например, задать стехиометрический коэффициент d=0, то реакция примет такой вид:
aA+bB=cC.
Для осуществления данного расчёта необходимо выписать из таблиц стандартных термодинамических функций: изменения энтальпии DН0298 при образовании веществ - участников реакции и их абсолютные энтропии S0298 при температуре 298 К. В этих же таблицах приведены значения коэффициентов, входящих в уравнения, описывающие температурную зависимость теплоёмкости данного вещества. В частности в расчёте эти коэффициенты заданы уравнением:
С(Т)=a0+a1×10-3×T+a-2×105×T-2+a2×10-6×T2+a3×10-9×T3 (1)
Из этого уравнения видно, что табличные множители типа 10-3 уже учтены, и подставлять их в расчётную таблицу не нужно.
Расчёт ведется по формуле:
Изменение энтальпии и энтропии для химической реакции находится по следствию из закона Гесса, согласно которому изменение термодинамической функции в результате реакции равно разности сумм этих функций у конечных и начальных продуктов реакции:
Аналогичным образом находится изменение теплоёмкости системы DСр в результате реакции. Но для аналитического интегрирования последних двух слагаемых в уравнении 2 изменение теплоёмкости системы представляют в виде:
Ср(Т)= Da0+Da1×10-3×T+Da-2×105×T-2+Da2×10-6×T2+Da3×10-9×T3 (4)
где Dа0, Dа1, Dа-2, Dа2 и Dа3 находят аналогично уравнениям 2.
Результаты расчёта изменений термодинамических функций и их компонентов в результате реакции сведены в столбце D расчёта. Столбцы А, B, C и D относятся к соответствующим веществам. Верхняя строка первой расчётной таблицы содержит стехиометрические коэффициенты перед соответствующими веществами в реакции.
Справа от первой таблицы находится характеристика реакции: экзотермическая или эндотермическая и как влияет давление на положение равновесия реакции. Влияние давления верно только в том случае, если в реакции участвуют только газообразные вещества.
Далее во второй таблице можно изменить содержимое столбца заданных для расчёта температур.
Столбцы “Интеграл 1” и “Интеграл 2” означают соответственно первое и второе слагаемое уравнения 2, которые вычисляются по следующим аналитическим формулам:
Столбец “Ст. эн. Гиббса” - это изменение энергии Гиббса реакции, вычисленное без учёта изменения теплоёмкости реакции (так называемое первое приближение Улиха) по формуле:
Столбец “Инт. эн. Гиббса” - это значения изменения энергии Гиббса, вычисленные по формуле 2, т.е. с учётом изменения теплоёмкости реакции. Столбец “1/Т” - это обратная температура.
Значение константы равновесия вычисляется по уравнению изотермы химической реакции Вант-Гоффа:
И далее Кр=ехр(lnKp).
Затем строится график зависимости lnKp=f(1/T). Полученная функция аппроксимируется прямой линией, уравнение которой приведено. В этом приближённом уравнении коэффициент при переменной представляет собой приближённое значение (-DН/R), а свободный член уравнения значение (DS/R). Величина R2, приведённая рядом с уравнением прямой - это квадрат коэффициента корреляции, который показывает степень тесноты связи между lnKp и 1/Т.