Сложная реакция

Для расчета равновесного состава смеси, в которой протекает сложная реакция, описываемая несколькими уравнениями, надо использовать только стехиометрически независимые уравнения как при расчете состава реагирующей смеси.Возможная последовательность расчета такая.

1. Определяется базисная система стехиометрически независимых уравнений, позволяющая выразить концентрации всех компонентов смеси через степени превращения ключевого вещества в каждом уравнении выбранной системы.

Обозначим их C (x). Число определенных степеней превращения и количество уравнений в базисной системе совпадают.

Например, для конверсии метана определена базисная система уравнений

CН4 + Н2О = СО + 3Н2;

СН4 + 2Н2О = СO2 + 4Н2.

и получены выражения для концентраций всех веществ, т.е. C (x).

2. Сложное превращение может быть представлено протекающими реакциями, не обязательно совпадающими с уравнениями для расчета состава реагирующей смеси, но их число такое же, как в базисной системе уравнений. Для этих уравнений известны константы равновесия, и можно определить уравнения равновесия. Обозначим их K P j (C).

В примере конверсии метана такими реакциями являются реакции

CН4 + Н2О = СО + 3Н2;

СО + Н2О = СО2 + Н2,

и химическое равновесие - K P(C) - определяется уравнениями:

где К Р1, К Р2 – константы равновесия; р 1, р 2, р 3, р 4, р 5 – равновесные парциальные давления соответственно CН4, Н2О, Н2, СО, СО2; Сi – соответствующие концентрации (мольные доли).

3. Полученные зависимости C(x) подставляем в выражения K_Pj(C) и получаем зависимости K_Pj(х), в которых x становятся равновесными степенями превращения X_Р, т.е. получаем зависимости K_P(X_Р). Для заданных условий (температура, давление) определяем константы равновесия реакций, и из уравнений K_P(X_Р) определяем все значения X_P. Теперь из имеющихся зависимостей C(x) можно рассчитать равновесный состав реакционной смеси – концентрации всех компонентов.

Изменение химического равновесия достигается изменением внешних условий. Направленность влияния определяется правилом, называемом принципом Ле-Шателье: