уравнения материального баланса:

уравнения химического равновесия

В этой системе уравнений СУХР 1 неизвестными величинами являются: n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, n₆, n₇; т.е. имеется 12 неизвестных величин и 12 уравнений, входящих в СУХР-1 для данного примера. Если углерод находится в чистой фазе (х₇=1), то lnx₇=0 и .

В СУХР 1 (12) для рассматриваемого примера в качестве химических элементов включается в перечень элементов электрон e^- и положительный ион СО , поскольку в рассматриваемой термодинамической системе происходит реакция ионизации вещества СО₂. Положительный ион имеет отрицательный коэффициент , а электрон – положительный коэффициент . Для заряженных частиц уравнение материального баланса записывается в той же форме, как и для обычных атомов и называется уравнением квазинейтральности. Так как суммарный заряд термодинамической системы равен нулю, то и материальная постоянная равна нулю - . Уравнения материального баланса получаются почленным перемножением элементов строк матрицы на количества веществ , записанные в предпоследней строке таблицы, где представлены исходные данные и искомые величины для рассмотренного примера.

11.8. Расчет состава диссоциированного газа. Понятие о степени диссоциации газа

При нагреве до высоких температур газа может происходить его диссоциация. Диссоциация это распад вещества на простые элементы. Получим выражение для расчета степени диссоциации газа, молекулы которого распадаются на две одинаковые частицы при заданных давлении и температуре.

Химическая реакция диссоциации где или где .

Степенью диссоциации  называется отношение количества вещества А₁, которое диссоциирует к моменту равновесия (n₂/2), к количеству данного вещества A₁ перед диссоциацией при фиксированных значениях давления и температуры:

. (1)

При - диссоциация отсутствует. При - полная диссоциация. При - частичная диссоциация.

Обозначим: n₁ – значение числа молей вещества А₁ к моменту равновесия; n₂ – значение числа молей вещества А₂ к моменту равновесия. Тогда ; и суммарное число молей к моменту равновесия ХР:

Молярные доли в момент равновесия равны

(2)

для вещества левой части уравнения ХР и

(3)

для вещества правой части уравнения ХР.

Закон действующих масс для этой ХР имеет вид:

(4)

где Па. После подстановки в выражения для и значений х₁ и х₂ по (2) и (3) имеем:

и .

Подставляя полученные значения и в (4), имеем:

, (5)

т.е. .

Окончательно имеем:

(6)

Формула (6) используется для расчета степени диссоциации газа, молекулы которого распадаются на две одинаковые частицы, в зависимости от константы равновесия химической реакции К_р при заданных р и Т. В выражении (6) К_р =К⁰(Т) определяется из таблиц индивидуальных веществ.

11.9. Расчет состава ионизированного газа

Ионы и электроны рассматриваются как химические элементы, а процесс ионизации – как обратимая химическая реакция.

---

При реакции ионизации происходит отрыв от частицы электрона:

, где , или где .

Степенью ионизации называется доля ионизированных частиц n от их исходного числа перед ионизацией при фиксированных давлении и температуре в ТС:

. (1)

В момент равновесия ХР с учетом условия электронейтральности плазмы количество молей электронов n_е и положительных ионов n_i в ионизированной смеси равны:

(2)

Тогда молярные доли будут равны:

(3)

В соответствии с законом действующих масс константа равновесия этой реакции ионизации равна

, (4)

где парциальные давления смеси газов равны:

(5)

После подстановки (5) в (4) имеем:

(6)

Тогда получим

. (7)

Уравнение (7) называется уравнением Саха и связывает константу равновесия ХР ионизации со степенью ионизации при заданных и .

---

Смотрите также файлы

• 12-13.doc

• appendix.doc

• 09.doc

• 14.doc

• 15.doc