При этом принято считать, что если

>0 – наиболее вероятное течение реакции справа налево;

<0 – наиболее вероятно течение реакции слева направо;

= 0 – существует термодинамическое равновесие.

Представление о том, на сколько глубоко может протекать обратимая химическая реакция, можно получить на основании данных о равновесии этой реакции. В состоянии равновесия, к которому стремятся практически все химические реакции, скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми, а соотношение концентраций компонентов реакции в рассматриваемой системе остается неизменным. Слайд№2.11 до.

Далее слайд 2.12:

  Так, например, условия равновесия реакции  можно записать следующим образом

- для прямой реакции:

,

(2.15)

- для обратной реакции:

,

(2.16)

- в состоянии равновесия при r₁=r₂:

,

(2.17)

где k ₁ и k ₂ – константы скорости прямой и обратной реакции.

Отсюда следует, что:

,

(2.18)

где К_С – константа равновесия, выраженная через концентрации реагирующих веществ. слайд№2.12 до.

В зависимости от того, в каких единицах выражаются концентрации реагирующих веществ, константа равновесия принимает различное значение.

Далее слайд 2.13:

При взаимодействии газов константу равновесия обычно выражают через парциальные давления реагирующих газовых компонентов.

Например, для реакции:

Имеем:

.

(2.19)

Следует отметить, что для данного случая

,

(2.20)

где ∆ν = (ν _R + ν _S) – (ν _A + ν _B) – изменение числа молей газов в результате реакции. слайд№2.13 до.

С целью наиболее полного использования сырья желательно вести технологический процесс в таких условиях, чтобы получить наиболее высокую равновесную степень конверсии x * исходного вещества. Основными параметрами, влияющими на равновесие химических реакций, является температура, давление и концентрация реагирующих веществ.

Далее слайд 2.14:

Влияние температуры.

 Для того чтобы определить влияние температуры на состав равновесной смеси обычно устанавливают функциональную зависимости r = f (K). Вид этой зависимости определяется типом химической реакции. Например, для простой обратимой реакции , протекающей в газовой фазе зависимость r = f (K _Р) может быть получена следующим путем.

Зависимость скорости простой обратимой экзотермической реакции типа  выражается уравнением:

,

(2.21)

где r – скорость суммарной реакции; k ₁ и k ₂ – константы скорости прямой и обратной реакции.

  Для анализа уравнения (2.21) подставим в него:

,

(2.22)

и получим:

(2.23)

Или

.

(2.24)

Слайд№2.14 до.

Из уравнения (2.24) следует, что для некоторой постоянной x_A с повышением температуры суммарная скорость реакции с одной стороны должна возрастать за счет увеличения величины , а с другой стороны снижается так как для экзотермической реакции константа равновесия уменьшается при повышении температуры и, следовательно, возрастает 1/К_Р и уменьшается множитель в квадратных скобках. В связи с этим

Далее слайд 2.15:

   при повышении температуры скорость вначале увеличивается, достигает максимального значения, а затем снижается (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Зависимость скорости r для реакции  от температуры.	Рис. 2.8. Зависимость скорости r для реакции  от T (x 1 < x 2 < x 3)

Из уравнения (2.24) так же следует, что при увеличении x_A (при прочих равных условиях) суммарная скорость реакции снижается (рис. 2.8). Поэтому для случая,

  когда x ₂ > x ₁ кривая зависимости r ₂ = φ (T) располагается ниже кривой, соответствующей x ₁, а кривая зависимости r ₃ = φ (T) располагается еще ниже. Прямая АВ при этом является линией оптимальных температур (ЛОТ). слайд№2.15 до.

Далее слайд 2.16:

Для простой обратимой эндотермической реакции типа  характер зависимости r = φ (T) также может быть установлен на основе уравнения (2.24). При повышении температуры скорость реакции возрастает за счет увеличения как значения  так и значения К_Р. При увеличении х_А (при прочих равных условиях) общая скорость реакции снижается (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Зависимость скорости r от Т для реакции  (x 1 < x 2 < x 3)	Рис. 2.10. Зависимость равновесной степени превращения x * от Т: 1 – экзотермическая реакция; 2 – эндотермическая реакция.

слайд№2.16 до. Далее слайд 2.17:

Обычно для оценки влияния температуры на эффективность протекания обратимых реакций устанавливают функциональную зависимость х* от константы равновесия: x *=f(K_P). Вид этой зависимости определяется типом химической реакции. Например, для простой обратимой реакции зависимость x *=f(K_P) может быть получена следующим путем.

 

  Константа равновесия этой реакции выражается уравнением:

,

(2.25)

где ,  - парциальное давление вещества A и R в состоянии равновесия.

Определим значения и  и подставим их в уравнение (2.25).

  Для рассматриваемой реакции имеем:

	(2.26)
или
,	(2.27)

где Р – общее давление.

Слайд№2.17 до.

Далее слайд 2.18:

Подставив в уравнение (2.25) полученные значения  и находим:

.

(2.28)

Откуда:

.

(2.29)

Для реакции аналогично можно получить:

.

(2.30)

Следует отметить, что зависимость x *=f(K_P) является одной из самых главных показателей в химической технологии, поскольку величина х* характеризует максимально возможное извлечение целевых продуктов из перерабатываемого сырья.

Вид функциональной зависимости x *=f(K_P) для реакций, протекающих с выделением тепла, х* уменьшается при повышении температуры, а для реакций, идущих с поглощением тепла – возрастает. Такой характер зависимости вытекает из уравнений 2.29 и 2.30. слайд№2.18 до.

  Далее слайд 2.19:

Влияние температуры на равновесие, т.е. функциональную зависимость K_P = f (T), можно выразить также уравнением изобары Вант-Гоффа, которое имеет вид:

.

(2.31)

 

После интегрирования этого уравнения в пределах изменения температуры от Т₁ до Т₂ и при условии, что  не зависит от Т, получаем:

.

(2.32)

 

Для определения константы равновесия при значительном изменении температуры (более 100К) применяют эмпирическое уравнение типа: