ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Равновесие в технологических процессах из "Общая химическая технология Издание 2" По прямой реакции (слева направо) исходные вещества (окись углерода и вода) превращаются в продукты реакции (водород и двуокись углерода). Полученные продукты начинают взаимодействовать между собой, вновь образуя исходные вещества, т. е. идет обратная (справа налево) реакция. Обе реакции происходят одновременно. [c.38] В начале процесса концентрация исходных веществ — СО и НгО велика и поэтому значительна скорость прямой реакции. Но по мере протекания процесса окись углерода и водяные пары расходуются, концентрация их уменьшается и прямая реакция постепенно замедляется. Одновременно увеличивается количество полученных продуктов (водорода и углекислого газа), растет их концентрация, а потому повышается и скорость обратной реакции. Наконец, наступает такой момент, когда скорости прямой и обратной реакций становятся равными. Такое состояние реагирующей системы называется химическим равновесием. [c.38] Поскольку в обратимых процессах практически не происходит полного превращения исходных реагентов в продукты реакции, то после наступления равновесия в системе присутствуют одновременно и исходные вещества, и продукты реакции (СО, НгО, СОг, Нг), причем при равновесии устанавливаются определенные значения концентраций СО, НгО, СОг и Нг, которые больше не меняются. Они остаются постоянными не потому, что прекратились химические превращения, а потому, что процессы, протекающие по прямой реакции, уравновешиваются протеканием обратной реакции. Сколько молекул СО и НгО вступит в реакцию за определенное время (прямая реакция), столько же их образуется за это же время в результате взаимодействия СОг и Нг (обратная реакция). [c.39] Константа равновесия. Определенное соотношение между содержанием веществ СО, НгО, Нг и СОг в равновесной системе будет оставаться постоянным до тех пор, пока не произойдет изменения внешних условий (например, температуры). [c.39] Отношение произведения концентраций продуктов реакции к произведению концентраций исходных веществ в момент равновесия называют константой равновесия реакции. Концентрации исходных веществ и продуктов реакции должны быть взяты при этом в степенях, равных коэффициентам при данных веществах в уравнении реакции. [c.39] Величину константы равновесия используют для расчета равновесия обратимых процессов. [c.39] Выход продуктов, достигаемый при равновесии, называется равновесным. Он является максимальным для данных условий (температуры, давления, концентрации исходных веществ). Сколько бы времени ни вели процесс после наступления равновесия, получить выход больше, чем равновесный, невозможно. Повысить его можно, если сместить равновесие реакции вправо, изменив внешние условия проведения процесса. Поэтому важно знать, как влияют различные технологические показатели (температура, давление, концентрация реагирующих веществ) на равновесие химических реакций. [c.39] К важнейшим факторам, оказывающим влияние на сдвиг равновесия обратимой реакции, относятся температура, давление, концентрация участвующих в реакции веществ. [c.40] Влияние температуры. Для установления влияния температуры на сдвиг равновесия обратимой реакции необходимо знать, является ли данная реакция экзотермической (протекающей слева направо с выделением тепла-t-Q) или эндотермической (идущей слева направо с поглощением тепла —Q). [c.40] Если после наступления равновесия в такой системе изменить температуру, например понизить ее, то, согласно принципу Ле-Шателье, в системе должны произойти изменения, компенсирующие снижение температуры и приводящие к ее повышению. Следовательно, должна пройти та реакция, в результате которой выделяется тепло, т. е. новые порции СО и НгО превратятся в СОг и Нг. Равновесие реакции смещается при этом в правую сторону и равновесный выход продуктов увеличивается. [c.40] Если же при протекании экзотермической реакции повысить температуру, то равновесие сдвинется влево и равновесный выход продуктов реакции снизится. [c.40] Для обратимой эндотермической реакции, наоборот, снижение температуры приводит к смещению равновесия влево и уменьшению равновесного выхода продукта, а увеличение температуры — к сдвигу равновесия вправо. [c.40] В этом случае из четырех молекул исходных веществ получаются две молекулы конечного продукта. При увеличении давления в такой системе, находящейся в состоянии равновесия, по принципу Ле-Шателье должны произойти изменения, приводящие к понижению давления или, что то же самое, к уменьшению числа молекул в газовой смеси. Таким процессом является прямая реакция. Поэтому определенные количества азота и водорода дополнительно превращаются в аммиак, равновесие сдвигается в правую сторону и выход аммиака повышается. При понижении же давления в реакции, идущей с уменьшением объема, равновесие смещается влево. [c.40] Необходимо также учитывать, что для смещения равновесия следует (когда это возможно) менять одновременно несколько показателей, приводящих к увеличению выхода продукта, например температуру, давление и концентрации веществ. [c.41] Перечисленные выше положения позволяют установить диапазон условий, при которых возможен высокий равновесный выход продукта. Но для практического осуществления процесса знания этих условий недостаточно, так как необходимо не только получить большой выход продукта, но и обеспечить высокую скорость процесса, поскольку от нее в значительной степени зависит производительность аппаратуры. [c.41] В современном производстве при его громадных масштабах, использовании дорогой и сложной аппаратуры и машин повышение скоростей реакции имеет особенно важное значение. [c.41] Часто при условиях, обеспечивающих высокий выход продукта, мала скорость реакции, или наоборот. Поэтому окончательный выбор условий можно сделать только после изучения кинетики процесса. Кинетика позволяет установить, какова скорость взаимодействия исходных веществ и от чего она зависит. Учитывая кинетику процесса, можно выбрать такие условия, при которых реакция будет протекать не только с высоким выходом продукта, но и с большой скоростью. [c.42] Скорость химического процесса — это изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени в единице объема реакционной массы. [c.42] Химико-технологические процессы в большинстве случаев связаны со сложными реакциями. Скорость таких процессов зависит не только от скорости основной реакции, но и от скорости побочных реакций, а для гетерогенных процессов также от скорости подвода исходных веществ в зону реакции и скорости отвода продуктов из зоны реакции. [c.42] Скорости отдельных реакций различаются чрезвычайно сильно. Известны реакции, протекающие очень быстро. Например, окисление аммиака на платиновом катализаторе практически полностью заканчивается в течение десятитысячной доли секунды, реакция нейтрализации заканчивается за несколько секунд. Другие же реакции, например окисление железа, идут медленно. [c.42] Вернуться к основной статье