Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний

Физический смысл и назначение

Калькулятор «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний» относится к направлению «газовая диссоциация и константа равновесия». Для реакции A₂ ⇄ 2A число газовых частиц увеличивается при диссоциации. Поэтому повышение суммарного давления обычно смещает равновесие к молекулярному компоненту, если температура и константа остаются фиксированными. Условия этой задачи уточняют несколько последовательных состояний и определяют, какие параметры являются независимыми. Для этого этапа проверьте поле «Безразмерная Kp при исходной температуре» (пример: 0.5) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Для рассматриваемой модели используется зависимость Kp=(pA/p°)²/(pA₂/p°)·(φA²/φA₂); A₂⇌2A. Равновесную константу задают как безразмерную величину относительно стандартного давления. Для неидеальных смесей необходимо отношение коэффициентов фугитивности продуктов и реагентов; оно не совпадает с обычным Z. Эта формула описывает именно выбранный режим, а не все возможные свойства реального газа. Для этого этапа проверьте поле «Отношение φA²/φA₂» (пример: 1.04) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Вариант задачи — несколько последовательных состояний. Промежуточная стадия не является формальностью: после неё изменяются температура, количество газа или равновесный состав. Необходимо сравнивать начальный, промежуточный и окончательный результат. Это существенно для правильного выбора контрольной величины, например «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 160000). В промежуточных расчётах обязательно выдерживается единый набор размерностей. Для этого этапа проверьте поле «Давление до первой ступени, Па» (пример: 105000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Ввод параметров и единицы

Начните с поля «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 160000). Оно соответствует конкретному состоянию процесса. В уравнениях, использующих температуру, нужна шкала Кельвина, а для давления — абсолютные паскали, а не показания избыточного давления. Для этого этапа проверьте поле «Промежуточное давление, Па» (пример: 130000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Величина «Абсолютная температура, К» (пример: 620) задаёт следующий независимый показатель. Её нельзя автоматически считать коэффициентом давления или концентрацией, если в поле явно указана иная физическая величина. Равновесную константу задают как безразмерную величину относительно стандартного давления. Для неидеальных смесей необходимо отношение коэффициентов фугитивности продуктов и реагентов; оно не совпадает с обычным Z. Для этого этапа проверьте поле «Повышение температуры на ступень, К» (пример: 20) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Поле «Количество вещества, моль» (пример: 3) используется одновременно с другими измерениями. Проверьте, не перепутаны ли литры и кубические метры, массовая и молярная доля, коэффициент Генри и вириальный коэффициент. Именно такие ошибки часто дают правдоподобное число с неверным смыслом. Для этого этапа проверьте поле «Энтальпия диссоциации, Дж/моль» (пример: 35000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Алгоритм расчёта

Первым действием определяются соответствующие исходному состоянию значения: количество вещества, полное давление, состав или молярный объём. Для этой задачи участвует «Отношение φA²/φA₂» (пример: 1.04). Для реакции A₂ ⇄ 2A число газовых частиц увеличивается при диссоциации. Поэтому повышение суммарного давления обычно смещает равновесие к молекулярному компоненту, если температура и константа остаются фиксированными. Для этого этапа проверьте поле «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 160000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Затем используется «Повышение температуры на ступень, К» (пример: 20). Если расчёт относится к двум фазам, газ и раствор рассматриваются отдельно. Если речь идёт о последовательных давлениях, для промежуточного состояния выполняется самостоятельное вычисление. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 620) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Последний этап — значение «Энтальпия диссоциации, Дж/моль» (пример: 35000) вместе с зависимостью Kp=(pA/p°)²/(pA₂/p°)·(φA²/φA₂); A₂⇌2A. Промежуточная стадия не является формальностью: после неё изменяются температура, количество газа или равновесный состав. Необходимо сравнивать начальный, промежуточный и окончательный результат. Отдельные результаты должны оставаться согласованными по материальному балансу. Для этого этапа проверьте поле «Количество вещества, моль» (пример: 3) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Пример результатов

При исходных значениях, заранее указанных в форме, первый результат: «Диссоциация в начале, %» — 36.908985. Его нужно сопоставлять с измеренными условиями в задаче «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний». Для иной температуры или другого давления это значение необходимо рассчитывать повторно. Для этого этапа проверьте поле «Начальная доля диссоциирующего A₂» (пример: 0.67) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Второй показатель того же расчёта: «Диссоциация на второй ступени, %» — 36.887338. В отличие от предыдущего он может иметь другую физическую размерность. Учитывайте, что коэффициент активности, абсолютное количество вещества и объём газа нельзя складывать или сравнивать как однородные числа. Для этого этапа проверьте поле «Безразмерная Kp при исходной температуре» (пример: 0.5) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Третий независимый показатель: «Диссоциация в конце, %» — 36.758813. Для понимания зависимости попробуйте изменить «Абсолютная температура, К» (пример: 620), оставив другие поля постоянными. Если входные данные продолжают отвечать ограничениям модели, результат перестраивается без изменения общего закона сохранения вещества. Для этого этапа проверьте поле «Отношение φA²/φA₂» (пример: 1.04) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Когда модель перестаёт работать

Один из дополнительных проверяемых результатов: «Финальная константа Kp» — 0.754532. При изменении температуры равновесная константа может измениться в соответствии с тепловым эффектом реакции. Если часть недиссоциировавшего вещества растворяется, равновесие и материальный баланс должны определяться совместно. При невозможном сочетании исходных условий корректнее получить отказ в расчёте, чем отрицательное количество вещества или неограниченный по величине объём. Для этого этапа проверьте поле «Давление до первой ступени, Па» (пример: 105000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Ограничение данной версии: Три равновесия сравниваются с учётом теплового влияния на константу диссоциации. Не следует распространять вычисленные коэффициенты на высокие давления или температуры вне диапазона известных свойств вещества без проверки измеренными данными. Для этого этапа проверьте поле «Промежуточное давление, Па» (пример: 130000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Обратите внимание на параметр «Количество вещества, моль» (пример: 3): его изменение не всегда допустимо независимо от остальных величин. Для закрытого сосуда давление, температура и объём взаимосвязаны, а для газожидкостного равновесия дополнительно задан химический потенциал вещества. Для этого этапа проверьте поле «Повышение температуры на ступень, К» (пример: 20) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Как использовать полученные значения

Эта страница помогает сравнивать измерения с расчётной моделью и находить величину «Диссоциация в начале, %» — 36.908985. Промежуточная стадия не является формальностью: после неё изменяются температура, количество газа или равновесный состав. Необходимо сравнивать начальный, промежуточный и окончательный результат. При подготовке технической оценки полезно выполнить минимум два набора исходных условий. Для этого этапа проверьте поле «Энтальпия диссоциации, Дж/моль» (пример: 35000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Сравните также «Диссоциация на второй ступени, %» — 36.887338 и «Диссоциация в конце, %» — 36.758813. В частности, если меняется только «Начальная доля диссоциирующего A₂» (пример: 0.67), нужно понимать, соответствует ли такой эксперимент реальному процессу, а не невозможному сочетанию состояния газа и жидкости. Для этого этапа проверьте поле «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 160000) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Для инженеров и студентов этот расчёт показывает взаимосвязь независимых параметров в термодинамическом уравнении. Но для проектирования оборудования и оценки безопасности дополнительно нужны физические свойства конкретных веществ и опытные данные. При изменении температуры равновесная константа может измениться в соответствии с тепловым эффектом реакции. Если часть недиссоциировавшего вещества растворяется, равновесие и материальный баланс должны определяться совместно. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 620) именно в постановке «Степень диссоциации газа по давлению — для нескольких последовательных состояний».

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите конечное абсолютное давление, па, абсолютная температура, к, количество вещества, моль.
2. Введите остальные величины, строго соблюдая единицы и физические ограничения.
3. Нажмите «Рассчитать», затем проверьте исходные доли, парциальные давления и материальный баланс.
4. Три равновесия сравниваются с учётом теплового влияния на константу диссоциации.