Разложение твёрдого вещества с ограниченным запасом и газовым равновесием

Какие исходные величины потребуются

Укажите «Масса исходного твёрдого AB (г)», «Молярная масса AB (г/моль)», «Исходный A(г) (моль)». Это основные параметры выбранной постановки: они описывают исходное состояние, состав либо положение равновесия. Для контрольного набора указаны следующие числа: Масса исходного твёрдого AB (г): 120 г; Молярная масса AB (г/моль): 100 г/моль; Исходный A(г) (моль): 0.05 моль. Их можно заменить значениями из химического анализа, измерения потенциала или справочных таблиц. Величины должны соответствовать одному состоянию системы, а не быть собраны из опытов при разных температурах без поправок.

Остальные входные величины: «Исходный B(г) (моль)», «Инертный газ (моль)», «Общее давление (бар)», «Константа Kp». В этой модели их роль не декоративная: они участвуют в вычислении энергетических изменений, долей или вещества, доступного для превращения. Если входы задают константы, необходимо помнить о стандартном состоянии; если задают концентрации, нельзя подменять молярную концентрацию массовой долей. Особенно опасно использовать константу, рассчитанную для другой температуры или другой ионной силы. В частности, здесь проверяются входные данные: Масса исходного твёрдого AB (г), Молярная масса AB (г/моль).

Уравнения и контроль материального баланса

Основное уравнение записывается так: AB(тв)⇌A(г)+B(г); Qp=(nA·nB/nΣ²)·P², P°=1 бар. Для задач со степенью реакции количества компонентов меняются в соответствии со стехиометрическими коэффициентами. Для задач с активностями важно отдельно определить, какой вид частного реакции используют в расчёте. Если константа близка к нулю или чрезвычайно велика, чувствительность к округлению может резко возрастать; поэтому вычисления выполняются без предварительного округления вводимых чисел.

С указанными по умолчанию параметрами получается «Разложилось твёрдого AB, моль»: 0.178003; также вычисляется «Осталось твёрдого AB, г»: 102.2. Остальные числовые показатели показывают связанный состав или энергетическую характеристику и помогают обнаружить несоответствие размерностей. При проверке сложных выражений полезно подставить результаты обратно в исходное уравнение и удостовериться, что сумма компонентов не изменилась там, где она должна сохраняться.

Что меняется при другой загрузке или температуре

Для сравнения двух расчётов измените поле «Масса исходного твёрдого AB (г)»: в дополнительном примере исходное значение 120 заменяется на 108. Тогда показатель «Разложилось твёрдого AB, моль» становится равным 0.178003. Такой способ позволяет увидеть влияние одного параметра, удерживая прочие неизменными. Однако в реальной лаборатории некоторые условия связаны: например, измеренная константа и температура не всегда могут изменяться независимо друг от друга.

Разложение твёрдой фазы поставляет два газообразных продукта. Если твёрдый реагент закончился раньше достижения равновесия, в результате нужно показывать исчерпание запаса, а не фиктивный полный баланс. При интерпретации сравните относительные доли компонентов и знак рассчитанной свободной энергии, когда он присутствует среди результатов. Положительная энергия при заданном составе не означает невозможность обратной реакции; отрицательная энергия не означает мгновенное превращение. Если наблюдения не совпадают с вычислениями, сначала проверьте температуру и концентрационную основу расчёта, затем — наличие побочных реакций и неидеальности раствора или газа.

Границы модели и проверка результата

Основное допущение для этой задачи: Реакция одного твёрдого вещества с единичной активностью, идеальные газы и постоянное давление; при полном расходовании твёрдого равновесие может не достигаться. Модель следует рассматривать как математическое описание определённого химического равновесия. Она не учитывает любые возможные соединения, потери при пробоподготовке или произвольные поправки к активности, которых нет среди входных данных. Для сложных растворов, больших давлений и смесей с несколькими фазами может потребоваться специализированная термодинамическая модель.

Перед применением вычисленных величин запишите источник исходной константы и экспериментальные условия. Проверьте выбранные единицы, химическую стехиометрию, состав до и после превращения, а также совпадение стандартных состояний. Если результат используется для технологического оборудования, сравните его с экспериментальной точкой и независимым расчётом. Программа показывает, что следует из введённой модели, но сама по себе не подтверждает безопасность режима или корректность химических данных. Для задачи «Разложение твёрдого вещества с ограниченным запасом и газовым равновесием» дополнительно сверьте: AB(тв)⇌A(г)+B(г); Qp=(nA·nB/nΣ²)·P², P°=1 бар.

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите «Масса исходного твёрдого AB» (г), от 0.0001 до 100000000.0.
2. Укажите «Молярная масса AB» (г/моль), от 1 до 1000.
3. Укажите «Исходный A(г)» (моль), от 0 до 10000.
4. Укажите «Исходный B(г)» (моль), от 0 до 10000.
5. Укажите «Инертный газ» (моль), от 0 до 10000.
6. Укажите «Общее давление» (бар), от 0.01 до 300.
7. Укажите «Константа Kp» (без единицы), от 1e-08 до 100000.0.
8. Сопоставьте результаты с физическими ограничениями и условием применимости.