Termodynamika III 2012/2013, reakcje chemiczne

1. W naczyniu znajduje się mieszanina jednakowych ilości O2, N2 i NO. W którą stronę (w kierunku

syntezy czy dysocjacji NO) przebiega reakcja od stanu początkowego do równowagowego, jeśli

stała równowagi (K

↔

p) dla reakcji 0.5N2+0.5O2

NO w temperaturze 4000 K wynosi Kp=0.293?

Jaki jest skład równowagowy mieszaniny? Jaka byłaby wartość pracy maksymalnej i kierunek

reakcji w tej samej temperaturze, gdyby początkowym składem reagentów był skład

stechiometryczny?

2. Reakcja chemiczna CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 przebiega w temperaturze 900 K i przy ciśnieniu

0.1 MPa. Znaleźć skład mieszaniny w warunkach równowagi, jeśli wiadomo, że w chwili

początkowej do układu doprowadzono jednakowe ilości moli metanu i pary wodnej. Ciśnieniowa

stała równowagi reakcji w tej temperaturze wynosi 2.053. Ciśnienie odniesienia wynosi 0.1 MPa.

3. Tlenek azotu NO dysocjuje w temperaturze 2500 K przy ciśnieniu 0.2 MPa zgodnie z reakcją:

NO↔0.5N2+0.5O2. Oblicz stopień dysocjacji α w tej temperaturze, jeśli stosunek liczby moli w

mieszaninie równowagowej wynosi nN2/nNO = 4. Jakie są ciśnienia cząstkowe składników

mieszaniny równowagowej i jaka jest ciśnieniowa stała równowagi reakcji w temperaturze

2500 K? Jaki jest stały w rozważanym przedziale temperatur efekt cieplny reakcji, jeśli wiadomo,

że w temperaturze 3000 K stała równowagi jest dwukrotnie większa od jej wartości w

temperaturze 2500 K?

4. W reaktorze służącym do produkcji kwasu solnego panuje temperatura 1000 K. Efekt cieplny i

ciśnieniowa stała równowagi reakcji syntezy H2 + Cl2 ⇒2HCl mają w tej temperaturze

odpowiednio wartości: (-)83500 kJ/kmol i 6127.8. W stanie równowagi udziały molowe

substratów są jednakowe, zaś ciśnienie cząstkowe gazowego produktu reakcji wynosi 1.5 hPa.

Obliczyć ciśnienia cząstkowe substratów w stanie równowagi przy założeniu, że reagenty można

traktować jako gazy doskonałe. Wykazać, że ciepło reakcji syntezy jest stałe i obliczyć jak zmieni

się ciśnieniowa stała równowagi jeśli temperatura reakcji wzrośnie o

500 K. Jakie będą udziały równowagowe reagentów w tej temperaturze? B=8.315 kJ/(kmolK).

5. Czynnikiem pracującym w obiegu silnikowym jest powietrze o składzie molowym 21 % O2 i

79 % N2, traktowane jako mieszanina gazów doskonałych. Przy końcu suwu sprężania czynnik

osiąga ciśnienie 0.7 MPa i temperaturę 400 K, a jego skład jest równowagową mieszaniną tlenu

atomowego, tlenu cząsteczkowego i azotu. Znaleźć ten skład wiedząc, że stała równowagi reakcji

dysocjacji O →

2

2O w temperaturze 400 K wynosi 2.19. Ciśnienie odniesienia p0 równe jest

ciśnieniu zasysania i wynosi 0.1 MPa.

__________________________________________________________________________________________

Termodynamika III, Ćwiczenia 2012/2013, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, PW

dr inż. Piotr Łapka, [e-mail]; dr inż. Mirosław Seredyński, [e-mail]