Rozwiązania zadań - temat 11

2^*/107

2 NH₃ = N₂ + 3 H₂

p_N2 = 305 MPa, p_H2 = 6,89 MPa, p_NH3 = 213 MPa, K_p = ?

3^*/107

C_stały + H₂O_para = CO + H₂

T = 1000 K, V = 4,00 m³

m_CO = 336,1 g, M_CO = 28,011 g/mol; n_CO = 336,1/28,011 = 11,999 mol

m_H2 = 28,22 g, M_H2 = 2,016 g/mol; n_H2 = 28,22/2,016 = 13,998 mol

m_H2O = 72,06 g, M_H2O = 18,015 g/mol; n_H2O = 72,06/18,015 = 4,000 mol

[CO] = n_CO/V = 11,999/4 = 3,000·10^-3 kmol/m³

[H₂] = n_H2/V = 13,998/4 = 3,500·10^-3 kmol/m³

[H₂O] = n_H2O/V = 1,000·10^-3 kmol/m³

K_c = ?

8*/107

CO₂ + H₂ = CO + H₂O_para

n^o_CO2 = 20,5 mol

m^o_H2 = 89,0 g, M_H2 = 2,016 g/mol; n^o_H2 = 89,0/2,016 = 44,15 mol

T = 700 K

W stanie równowagi n_CO2 = 13,2 mol

Warunki	CO2	H2	CO	H2O
Stan początkowy, n^oi	20,5	44,15	-	-
Reakcja, n^*i	-7,30	-7,30	+7,30	+7,30
Stan równowagi, ni	13,2	36,85	7,30	7,30

K_c = ?; α_CO2 = ?; α_H2 = ?

α_CO2 = n^*_CO2/n^o_CO2 = 7,30/20,5 = 0,356

α_H2 = n^*_H2/n^o_H2 = 7,30/44,15 = 0,165

Uwaga: Odpowiedzi podano w skrypcie z dokładnością do dwóch cyfr znaczących, ale poprawnie należy je podać z dokładnością do trzech cyfr znaczących!

16/108

C_stały + CO₂ = 2 CO

p_całk = p_CO + p_CO2

p_CO2 = p_całk - p_CO

Po rozwiązaniu równania kwadratowego otrzymujemy:

p_CO = 299,2 kPa; p_CO2 = 210,8 kPa

Na tej podstawie obliczamy ułamki molowe CO i CO₂ w mieszaninie równowagowej, które po pomnożeniu przez 100 dają skład mieszaniny w procentach molowych, które są identyczne z jej składem wyrażonym w procentach objętościowych:

p[%]_CO = (299,2/510)·100 = 58,7% obj.; p[%]_CO2 = 41,3% obj.

18/108

N₂ + 3 H₂ = 2 NH₃

n^o_N2 = 1 mol, n^o_H2 = 3 mol

T = 530 K, p_całk = 500 kPa

W stanie równowagi: x_NH3 = 0,183

Warunki	N2	H2	NH3
Stan początkowy, n^oi	1	3	-
Reakcja, n^*i	-a	-3a	2a
Stan równowagi, ni	1-a	3-3a	2a
Ułamki molowe w stanie równowagi	0,204	0,613	0,183

Suma liczności reagentów w stanie równowagi:

Σn_i = 1 - a + 3 - 3a + 2a = 4 - 2a

Z definicji ułamka molowego amoniaku w stanie równowagi mamy:

Obliczamy ułamki molowe azotu i wodoru w mieszaninie w stanie równowagi:

p_i = xi·p_całk

p_NH3 = 91,5 kPa

p_N2 = 102 kPa

p_H2 = 306,5 kPa

25/109

Br₂ = 2 Br

T = 1830 K, K_p = 1,60

m^o_Br2 = 235 g, M_Br2 = 159,818 g/mol; n^o_Br2 = 235/159,818 = 1,470 mol

W stanie równowagi: α_Br2 = 0,315

α_Br2 = n^*_Br2/n^o_Br2

n^*_Br2 = α_Br2· n^o_Br2 = 1,470·0,315 = 0,463 mol

Warunki	Br2	Br
Stan początkowy, n^oi	1,470	-
Reakcja, n^*i	-0,463	+2·0,463
Stan równowagi, ni	1,007	0,926
Ułamki molowe w stanie równowagi	0,521	0,479

Σn_i = n_Br2 + n_Br = 1,007 + 0,926 =1,933 mol

x_Br2 = n_Br2/ Σn_i = 1,007/1,933 = 0,521

x_Br = 1 - 0,521 = 0,479

p_{całk = ?}

p_i = x_i·p_całk

p_Br2 = 0,521·368 = 192 kPa

p_Br = p_całk - p_Br2 = 176 kPa

27/109

2HI = H₂ + I₂

T = 860 K, p_całk = 95,0 kPa, K_p = 0,0269

m^o_HI = 31,98 g, M_HI = 127,912 g/mol

n^o_HI = 0,2500 mol

Warunki	HI	H2	I2
Stan początkowy, n^oi	0,2500	-	-
Reakcja, n^*i	-a	+ 0,5a	+0,5a
Stan równowagi, ni	0,2500 - a	0,5a	0,5a
Ułamki molowe w stanie równowagi	0,7530	0,1235	0,1235

Σn_i = 0,2500 - a + 0,5a + 0,5a = 0,2500

x_HI = (0.2500 - a)/0,2500

x_H2 = x_I2 = 0,5a/0,2500

p_i = x_i·p_całk

x_HI = 0,1882/0,2500 = 0,7530

x_H2 = x_I2 = 0,06175/2*0,2500 = 0,1235

p_i = x_i·p_całk = c_iRT

c_i = x_i·p_całk/RT

c_HI = 0,7530·95,0·10³/8,314·860 = 10,0 mol/m³

c_H2 = c_I2 = 0,1235·95,0·10³/8,314·860 = 1,64 mol/m³

---