Химическое равновесие - раздел Философия, ТОПЛИВО И ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ Как Уже Указывалось, Химические Реакции Идут В Обе Стороны С Одновременным Об...
Как уже указывалось, химические реакции идут в обе стороны с одновременным образованием конечных продуктов и исходных веществ. Если процесс химического реагирования длится достаточно долго, то между исходными и конечными продуктами реакции устанавливается динамическое равновесие. Так, тело, в разных местах которого поддерживается разная, но постоянная во времени температура, находится в стационарном состоянии. Если тело изолировать от внешней среды, то постепенно температура его во всем объеме выравнивается и наступает равновесное состояние. Таким образом, стационарное состояние определяется внешними условиями, а равновесие – внутренними причинами. Условия равновесия описываются с помощью функций состояния. В соответствии со вторым законом термодинамики, для функции состояния энтропии можно записать условие равновесия идеального обратимого процесса
ds – dQ/T = dQ’/T, (58)
где dQ — теплота из внешней среды; dQ'— теплота реагирования внутри системы. При V, s = const условие химического равновесия имеет вид
. (59)
Внутренняя энергия U в этом случае называется термодинамическим потенциалом, сопряженным с параметрами V и s. Если использовать вместо V и s другие термодинамические пары, то можно получить при равновесии следующее равенство:
, (60)
где Н=U+pV — энтальпия; F=U—Ts — изохорно-изотермический потенциал (энергия Гельмгольца); G = Н—Ts — изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса). Отсюда следует, что условие равновесия одинаково для всех типов процессов (изотермических, изобарических и др.).
В зависимости от условий (температуры, давления) равновесие смещается в сторону исходных веществ или в сторону продуктов распада. Известно правило, называемое принципом Ле-Шателье-Брауна. В соответствии с этим принципом при изменении условий, в которых происходит реакция, равновесие смещается так, чтобы противодействовать изменению этих условий. Например, при горении прямая реакция идет с выделением теплоты, а обратная — с поглощением; в этом случае при повышении температуры в системе равновесие смещается в сторону исходных веществ, тепловыделение уменьшается, при понижении температуры равновесие смещается в сторону продуктов реакции. При не очень высоких температурах эти смещения незначительны.
Давление воздействует на положение равновесия, когда реакция протекает с изменением объема газов. В этом случае при повышении давления равновесие смещается в сторону уменьшения объема, а при понижении давления — в сторону увеличения объема. Так, в реакции
2Н2 + О2 = 2Н2О
с ростом давления равновесная полнота реагирования водорода с кислородом повышается, при уменьшении давления увеличивается равновесный распад водяного пара.
Принцип Ле-Шателье-Брауна показывает качественный характер смещения равновесия, но не позволяет провести количественные расчеты равновесного состава. Расчет равновесного состава является очень трудной задачей. Здесь мы укажем только общие положения такого расчета и поясним некоторые зависимости, необходимые для понимания процессов горения.
Пусть идеальная газовая смесь имеет температуру Т0,при которой известен ее состав, и объем V; в процессе реагирования смесь не обменивается массой с окружающей средой; температура смеси изменяется от Т0 до Т, при этом устанавливается новый равновесный состав. Перепишем уравнение (55) в следующем виде:
. (61)
С приближением к условию (60), т. е. при стремлении термодинамической системы к равновесию, для реакции (61) можно записать
, (62)
где – изменение изобарно-изотермического потенциала в реакции при стандартном давлении (1,01·104 Па) и температуре Т; — изменение энтальпии, равное теплоте реакции Qpпри постоянном давлении;— изменение энтропии в реакции;и— теплота образования и энтропия исходных веществ и продуктов реакции при стандартном давлении и температуре Т; хА , хА, …;… — относительные молярные концентрации исходных веществ и продуктов реакции (см. (57), (54)).
Кхназывается константой равновесия по относительным молярным концентрациям. Она зависит от давления и температуры. Выражение (62) есть закон действующих масс (термодинамический): при равновесии связь между массами участвующих в прямой и обратной реакциях веществ определяется константой равновесия.
Запишем выражение (62) в виде
. (63)
Кроме константы равновесия Кх, используют константы равновесия по парциальным давлениям Кр и молярным концентрациям Кс:
, (64)
. (65)
3.2.3.1.3. Кинетический закон действующих масс
Впредыдущих разделах были рассмотрены химические реакции с точки зрения термодинамики. При этом считалось, что равновесные концентрации в реакциях горения устанавливались мгновенно, и время из рассмотрения исключалось. Для многих практических задач такой подход правомерен, однако имеются задачи, когда необходим анализ химических процессов в их временном развитии. Скорости и механизмы механических процессов, законы их протекания во времени изучает химическая кинетика.
Равновесное состояние химический реакции вовсе не означает, что реакция прекратилась. В действительности реакция протекает непрерывно, но с одинаковой скоростью в обоих направлениях. Общее представление о скорости реакции было рассмотрено в ранее. Скорость зависит от концентрации реагентов и температуры. При постоянной температуре скорости прямой w" и обратной w" реакций пропорциональны произведениям концентраций реагентов, возведенных в целочисленные степени (равные стехиометрическим коэффициентам):
; . (66)
Коэффициенты пропорциональности k’ и k’’, зависящие от температуры и химической природы реагирующих веществ (ноне от концентраций), называют константами скоростей. Константа скорости — это скорость реакции, которая была бы при условии, что концентрации всех реагентов равны единице, во все время реагирования.
Скорость реакции пропорциональна числу столкновений молекул реагирующих веществ в единицу времени, а число столкновений в свою очередь пропорционально произведению концентрации; этим элементарно обосновывается кинетический закон действующих масс, который можно записать в виде
. (67)
По мере расходования в процессе реагирования исходных реагентов скорость прямой реакции будет уменьшаться, а скорость обратной — увеличиваться, и наступит момент, когда w’ = w’’ и w = 0. Мы опять пришли к понятию равновесного состояния, но теперь с позиции кинетики: равновесие — это равенство скоростей прямой и обратной реакций. Из (67) при условии равновесия следует
, (68)
что соответствует определению константы равновесия по концентрациям (см. (65)).
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования... СЕВЕРО ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ... Кафедра теплотехники и теплоэнергетики...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Химическое равновесие
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Характеристики мазута
Наименование
Состав рабочей массы, %
Теплота сгорания, МДж/кг
Wр
Ap
Элементарный состав топлива
Состав твердого и жидкого топлив характеризуется содержанием о нем отдельных химических элементов, а также золы и влаги. Рабочей массой топлива называется состав топлива, с которым оно поступает к
Характеристики органических топлив
Все топлива характеризуются определенными показателями качества, например по ГОСТ 4.19, ГОСТ 13674, ГОСТ 26098, ГОСТ 10585, ГОСТ 5542. Основные из показателей рассмотрены ниже.
Стехиометрические соотношения горения топлива
Горючие элементы топлива вступают в химическую реакцию с кислородом в определенном соотношении. Расход кислорода (а значит и воздуха) и количество образующихся продуктов сгорания определяются на ос
Для сжигания топлива
Количество воздуха, расходуемого для сжигания топлива, определяется по количеству потребляемого для этого кислорода. Состав воздуха при расчетах горения обычно задается основными компонентами – азо
Коэффициент избытка воздуха
В общем виде значение коэффициента избытка воздуха было записано формулой (11).
Численное значение коэффициента избытка воздуха рассчитывается обычно по данным газового ана
Анализ уравнения теплового баланса
В процессе горения химически связанная энергия топлива преобразуется в физическую теплоту продуктов сгорания, используемую в различных тепловых процессах и установках.
В об
Тепловые характеристики продуктов сгорания
Энтальпией продуктов сгорания называют количество теплоты, которое содержится при постоянном давлении в газах, образовавшихся от сгорания 1 кг (1 м3) топлива, при нагрева
Параметры смесей и химические реакции
Газообразное топливо, пары жидкого топлива, воздух, продукты сгорания топлива состоят из различных химических компонентов, образующих газовую смесь. Состояние однокомпонентного газа определяется дв
Закон Аррениуса
Константа скорости элементарной реакции при постоянных концентрациях реагирующих веществ зависит от температуры но закону Аррениуса
Влияние давления и состава смеси на скорость реакции
Существует классификация газовых реакций в зависимости oт вида молекул, вступающих в реакцию: мономолекулярные реакции, в которых реагирует один вид молекул, давая при этом одну или
Воспламенение и горение частицы топлива
Горение частицы пылевидного топлива. Примем следующую модель процесса: реагирование протекает на поверхности частицы топлива сферической формы; частица в газовой среде движется вме
Смессообразование
Смесеобразование жидкого и газообразного топлива необходимо изучить, используя [1]. Смешение твердого топлива с воздухом производится различными способами в зависимости от метода сжигания: в плотно
Горение твердого топлива
В неподвижном слое куски топлива не перемещаются относительно решетки, под которую подается необходимый для горения воздух (рис. 6, а). Горение топлива в неподвижном слое происходит поэтапно. Топли
Образование оксдов азота при горении
В результате хозяйственной деятельности человека в атмосферу Земли выбрасывается значительное количество вредных веществ: золы, оксидов серы, углерода, азота. Наибольшей токсичнос
Подготовка топлива к сжиганию
Подготовка к сжиганию жидкого и газообразного топлива достаточно подробно рассмотрена в учебном пособии [1], его и следует использовать при изучении данного раздела. Подготовка к сжиганию твердого
Организация сжигания топлива
Сжигание твердого топлива в неподвижном слое производится в специальных топках. Топка с неподвижным слоем может быть ручкой, полумеханической или механической с цепной решеткой. Различают топки с п
Горелки для пылевидного топлива
В большинстве систем пылеприготовления транспортирование топлива в топку осуществляется первичным воздухом, являющимся только частью общего количества воздуха, необходимого для процесса горения. По
Форсунки для сжигания жидкого топлива
Существует два способа распределения жидкого топлива в окислителе: 1) подготовка топливовоздушной монодисперсной эмульсии (первичная смесь) и раздача ее струями в движущийся поток в
Горелки для сжигания газа
К горелкам для сжигания газа предъявляются следующие требования:
· создание условий для полного сгорания газа с минимальным избытком воздуха и выходом вредных веществ в п
Размещение горелок и работа топочных устройств
Для котлов с горизонтальной ориентацией топки наиболее характерной является фронтовая компоновка горелок на передней стенке. С точки зрения надежности наилучшим вариантом является у
Глоссарий
1. Битум (от лат. Bitumen – горная смола, асфальт) – общее название органических веществ, состоящих из углеводородов и их производных. Природные битумы входят в состав нефти, камен
ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторные работы проводятся на стендах, монтаж схем и оборудование которых производится с учетом следующих государственных стандартов С
IV. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой, правилами включения сушильного шкафа, автоматического потенциометра, работой с весами.
2. Записать технические характеристики основного оборудова
II. Основные теоретические положения
Зола представляет собой твердый минеральный остаток после сжигания топлива и состоит из топочных шлаков и летучей золы, покидающей топочное устройство с дымовыми газами. Состав шлаков и золы, опред
IV. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой, порядком включения муфельной печи, установки и выемки из печи тигля, работы с весами.
2. Записать технические характеристики осно
П. Основные теоретические положения
Выход летучих V является одной из важнейших характеристик твердого топлива, от него зависят условия воспламенения и характер горения топлива. Летучие − это газообразные
IV. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой, правилами проведения работы: включения муфельной печи, установки в ней заданной температуры, установки в печь и выемки тигля, работы с вес
II. Основные теоретические положения
Теплота сгорания − одна из основных тепловых характеристик органического топлива. Теплотой сгорания называют теплоту, которая выделяется при полном сгорании единицы мас
IV. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с устройством калориметра, бомбы, пресса и лабораторной установкой в целом.
2. Записать технические характеристики оборудования и метрологические характерис
Форма 4
Период
Запись отсчетов по термометру
Данные для расчета
номера наблюдений
показания по шка
II. Основные теоретические положения
При сжигании сернистых топлив температура точки росы продуктов сгорания может быть намного выше точки росы, определяемой парциальным давлением водяных паров в дымовых газах. Это превышение обусловл
IV. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой, порядком включения муфельной печи и установления заданной температуры в ней, установки и выемки из печи тигля, работы с весами.
2. Записать техни
Форма 5
№ п/п
Масса навески
топлива m, г
Масса пустого
тигля g1, г
Масса тигля с осадком
после контрольного
взвешивания g
II. Основные теоретические положения
Под анализом дымовых газов понимается определение в них процентного содержания (по объему) всех компонентов (полный газовый анализ) и отдельных компонентов: СО2, SО2
IV. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой. Записать основные технические и метрологические характеристики блоков и хроматографа в целом.
2. Произвести осмотр хроматографа и
Порядок работы калориметра с регистратором
1. Провести подготовку к эксперименту в соответствии с пп. 1...7 раздела IV работы 4.
2. Собрать электрическую схему регистратора (по указанию преподавателя).
3. У
Практических занятий
В соответствии с Государственным образовательным стандартом специалисты, выпускники теплоэнергетических специальностей вузов, должны не только понимать физику процессов, происходящи
Итоговый контроль
Экзаменационные вопросы
1. Перечислите виды энергетического топлива, приведите их классификацию.
2. Стехиометрические соотношения горения топлива.
3. Конс
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
. (59)
, (60)
. (61)
, (62)
– изменение изобарно-изотермического потенциала в реакции при стандартном давлении (1,01·104 Па) и температуре Т; 
— изменение энтальпии, равное теплоте реакции Qp при постоянном давлении; 
— изменение энтропии в реакции;
и
— теплота образования и энтропия исходных веществ и продуктов реакции при стандартном давлении и температуре Т; хА , хА , …;
… — относительные молярные концентрации исходных веществ и продуктов реакции (см. (57), (54)).
. (63)
, (64)
. (65)
; 
. (66)
. (67)
, (68)
Новости и инфо для студентов