ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Стехиометрия и равновесие химических реакций из "Введение в моделирование химико технологических процессов Издание 2" Наряду с подобными записями со стрелкой , часто пишут уравнения реакций со знаком равенства. Мы будем считать, что оба способа записи равноценны, и в разных случаях пользоваться тем из них, который оказывается удобнее. [c.100] В большинстве случаев реагирующие вещества будем обозначать не конкретными формулами, а в общем виде А, В, С,. ..,Л. причем под символом J обычно будем понимать какое-либо вещество то, что относится к Л, можно отнести к любому из веществ. Иногда все вещества будем обозначать одной буквой А, различая индексами Аь Аг и т.д. Стехиометрические коэффициенты в общем виде обозначим 5 с индексом вещества 5д, SJ. [c.100] Стехиометрические балансы. Стехиометрические расчеты особенно просты, когда количество вещества выражается в молях. Всюду, кроме особо оговоренных мест, мы будем выражать количество вещества g в молях, а концентрацию е —в молях на литр (или, что то же самое, в киломолях на кубометр). [c.101] Индексом О будем обозначать начальный момент ( Jo — начальное количество вещества Л). [c.101] Уравнение (9.4) выражает баланс реакции (9.1) по водороду слева— удвоенное количество грамм-атомов Н в системе в текущий момент, справа — равное ему количество в момент начальный. [c.101] Уравнение (9.5)—баланс по кислороду. Первый член слева — количество грамм-атомов О в молекулах О2 (поскольку в каждой молекуле содержится 2 атома). [c.101] Левая и правая части уравнения (9.6) равны избытку одного из реагентов сверх стехиометрии. Если в избытке будет О2, то разность положительна, если Нг, то отрицательна. Если избытка нет, разность равна нулю. В ходе реакции избыток не меняется. [c.102] Если реакция идет при постоянном объеме (изохорически), то в любых балансовых уравнениях можно заменить д на с. Там, где не сделано оговорок, будем считать реакцию изохорической. [c.102] Левые части уравнений (9.4) — (9.6) обладают тем свойством, что они не меняются по ходу реакции. Поэтому их называют и н-вариантами реакции ( пуаг1ап1из — по-латыни неизменный), а для многостадийных реакций — инвариантами системы реакций. [c.102] Уравнения стехиометрического баланса (или инварианты) позволяют решать ряд важных расчетных задач. При описании химических процессов одна из важнейших моделей —уравнение материального баланса (3.5) или (3.6). Неизвестные, входящие в эти уравнения, — либо количества, либо концентрации веществ. Конкретный вид систем уравнений (3.5) может быть весьма сложным, и для упрощения вычислений часто крайне желательно уменьшить число уравнений, а стало быть, уменьшить число неизвестных .т. Для этого и могут служить стехиометрические балансы. [c.102] Аналогично решается и другая задача расчет состава реакционных смесей при неполном задании концентраций. Зная концентрации части веществ и все исходные концентрации, удается рассчитать концентрации других веществ, не измеряя их иногда невязка стехиометрического баланса сигнализирует либо об ошибках в определении концентраций, либо о неверно записанной схеме реакций (например, о неучтенной побочной реакции). [c.102] При решении подобных задач не следует учитывать обратимость реакций стехиометрические балансы не зависят от обратимости. [c.102] В некоторый момент I смесь проанализировали, определив концентрации Сд=1 моль/л сс = 2 моль/л се = 2 моль/л сн = 5 моль/л. Требуется рассчитать концентрации В, В и Р. [c.103] Решая эту задачу, необходимо иметь в виду, что все стадии сложной реакции идут в реакционной смеси одновременно. [c.103] Наиболее общий метод решения стехиометрических задач, использующий аппарат линейной алгебры, будет изложен ниже. Сейчас познакомимся с простым способом решения, связанным с представлением материального баланса реакции в виде ориентированного графа. [c.103] Граф — это система точек (вершин), соединенных линиями (ребрами). Если на каждом ребре указано направление (ребро—это стрелка), граф называют ориентированным. На рис. 9.1 изображен граф материального баланса данной реакции из расчета на 1 литр. [c.103] Расчет проводится от тех вершин, для которых количества известны, к другим вершинам. В начале известны количества А в вершинах / и 2 (5 и 1 моль). Отсюда количество А в вершине 3 равно 4 молям. [c.104] Дальнейший расчет ведем от вершины 12. Поскольку из С образовалось 2 моля Е, расход С составил также 2 моля (вершина 11). Вместе с 2 молями оставшегося С (вершина 10) получаем в вершине 9 количество образовавшегося С, составляющее 4 моля. Теперь переходим из вершины 11 в вершину 13 при расходовании 2 молей С, наряду с веществом Е, образуется 2 моля Н. [c.104] Следующий этап — расчет количеств А и В, пошедших на образование 4 молей С. По стехиометрии на это затрачено 2 моля А (вершина 4) и 4 моля В (вершина 5). Следовательно, количество В, оставшегося к моменту t, равно 6—4 = 2 молям (вершина 7). [c.104] Переходим к расчету образования и превращения В. Из количеств в вершинах 3 ц. 4 следует, что на образование В затрачено 2 моля А (вершина 5). По стехиометрии из них образовалось 4 моля В — вершина 14. Далее расчет приходится вести от вершины 18. Поскольку общее количество образовавшегося Н равно 5 молям (вершина 19), а из С образовалось 2 моля Н (вершина 13), то в вершине 18 имеем 3 моля образовавшегося Н. На эту реакцию израсходовано 3 моля О (вершина 16). Одновременно по стехиометрии образовалось 6 молей Р (вершина 17). Наконец, сопоставив вершины 14 и 16, найдем, что из 4 молей образовавшегося О не вступил в реакцию и остался 1 моль (вершина 15). [c.104] Вернуться к основной статье