Какие исходные величины потребуются
Укажите «Начальное количество CO (моль)», «Начальный водяной пар (моль)», «Начальный CO₂ (моль)». Это основные параметры выбранной постановки: они описывают исходное состояние, состав либо положение равновесия. Для контрольного набора указаны следующие числа: Начальное количество CO (моль): 2 моль; Начальный водяной пар (моль): 2.6 моль; Начальный CO₂ (моль): 0.1 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: «Начальный H₂ (моль)», «Стандартная ΔG° реакции (кДж/моль)», «Температура (К)». 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: Начальное количество CO (моль), Начальный водяной пар (моль).
Уравнения и контроль материального баланса
Основное уравнение записывается так: K=exp(−ΔG°/RT)=(nCO₂·nH₂)/(nCO·nH₂O). 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 «Равновесный CO, моль»: 0.684281; также вычисляется «Равновесный CO₂, моль»: 1.41572. 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 «Начальное количество CO (моль)»: в дополнительном примере исходное значение 2 заменяется на 1.8. Тогда показатель «Равновесный CO, моль» становится равным 0.569836. 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.
В реакции водяного газа число молей газа до и после реакции одинаково. Поэтому в идеальном приближении общее давление не меняет равновесное отношение четырёх веществ. 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 идеальных газов с Δν=0, поэтому давление сокращается; константа рассчитывается для указанной температуры. 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 «Равновесие водяного газа CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂» дополнительно сверьте: K=exp(−ΔG°/RT)=(nCO₂·nH₂)/(nCO·nH₂O).
Формула расчёта
K=exp(−ΔG°/RT)=(nCO₂·nH₂)/(nCO·nH₂O).
Проверенные примеры
Начальное количество CO (моль) = 2 моль; Начальный водяной пар (моль) = 2.6 моль; Начальный CO₂ (моль) = 0.1 моль; Начальный H₂ (моль) = 0.25 моль; Стандартная ΔG° реакции (кДж/моль) = -5 кДж/моль; Температура (К) = 650 К
Равновесный CO, моль = 0.684281; Равновесный H₂O, моль = 1.284281; Равновесный CO₂, моль = 1.415719; Равновесный H₂, моль = 1.565719; Степень реакции, моль = 1.315719; Константа K = 2.522302
Начальное количество CO (моль) = 1.8 моль при остальных исходных значениях
Равновесный CO, моль = 0.569836; Равновесный H₂O, моль = 1.369836; Равновесный CO₂, моль = 1.330164; Равновесный H₂, моль = 1.480164; Степень реакции, моль = 1.230164; Константа K = 2.522302
Начальное количество CO (моль) = 1.86 моль при прочих исходных значениях
Равновесный CO, моль = 0.603304; Равновесный H₂O, моль = 1.343304; Равновесный CO₂, моль = 1.356696; Равновесный H₂, моль = 1.506696; Степень реакции, моль = 1.256696; Константа K = 2.522302
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Укажите «Начальное количество CO» (моль), от 1e-05 до 100000.0.
- Укажите «Начальный водяной пар» (моль), от 1e-05 до 100000.0.
- Укажите «Начальный CO₂» (моль), от 0 до 100000.0.
- Укажите «Начальный H₂» (моль), от 0 до 100000.0.
- Укажите «Стандартная ΔG° реакции» (кДж/моль), от -50 до 50.
- Укажите «Температура» (К), от 250 до 2000.
- Сопоставьте результаты с физическими ограничениями и условием применимости.