Еще до расчета состава равновесной смеси можно определить направление химической реакции в зависимости от температуры, давления и состава исходной смеси на основании принципа Ле-Шателье. Этот принцип можно сформулировать одним из следующих способов: «если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне изменением каких-либо условий, то в системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет влиянии произведенного воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении».

При известных константе равновесия и начальном составе реакционной смеси (g_i y Con_0i) можно рассчитать ее равновесный состав y ; выходы x_i и равновесную степень превращения X^*. Также можно найти их зависимости от условий проведения процесса.

Если при газофазной реакции не меняется объем реакционной смеси, то просто следует заменить парциальные давления на равновесные степени превращения в виде

.

ПРИМЕР 1.5.Для газофазной реакции

Ch₃СООН + Con₂N₅ОН « СН₃СООС₂N₅ + N₂En

А В R S

Найти равновесную степень превращения и состав реакционной смеси, si A_g = 15 и реакция протекает при общем давлении 0,12 Mpa.

РЕШЕНИЕ. При равновесии имеем

.

Donde

;

; ;

Полученное квадратное уравнение решается известным способом

.

Donde

При избытке одного из реагентов используют их мольное соотношение

.

ПРИМЕР 1.6.Рассчитать состав равновесной смеси реакции предыдущего примера, если реагент В взят с двукратным молярным избытком.

РЕШЕНИЕ. Рассмотрим молярные соотношения реагента В

.

Entonces

; ;

.

De aquí

Таким образом видно, что для реакций при постоянном объеме при не меняющемся числе молей степень превращения не зависит от начального давления, а при избытке одного из реагентов процесс сдвигается вправо, в соответствии с правилом Ле-Шателье.

Если объем реакционной смеси при газофазных реакциях изменяется, то несколько изменяется и расчет. Его проводят с помощью коэффициента изменения объема e, выражая через него (cm. стр. 61 y 62).

В термодинамике часто пользуются парциальными молярными балансами, составленными на моль ключевого компонента.

При разбавлении реакционной смеси инертными компонентами в парциальный молярный баланс следует ввести слагаемое

.

ПРИМЕР 1.7. Реакция С₆N₆ + 3N₂ = С₆N₁₂

А В R

проводится при общем давлении g и молярном соотношении бензола и водорода в исходной смеси b. Рассчитать равновесную степень превращения бензола , si A_g=13800 МПа^–3: b=3 и b=10; g=0,1 и g=2 МПа.

РЕШЕНИЕ.Составить парциальный молярный баланс и определить равновесное парциальное давление реагента А

.

Donde .

Константа равновесия выразится уравнением

.

Уравнение можно свести к одному уравнению с одним неизвестным

.

Это уравнение четвертой степени можно решить приближенными методами. Из всех четырех корней условию удовлетворяет только один. Выведем все действительные решения в таблицу.

Tabla 1.2

g, Mpa	b
0,1		0,318
	0,903
1,0		0,850
	0,999

Как видно направление реакции подчиняется правилу Ле-Шателье.

Для любых жидкофазных реакций объем реакционной смеси обычно постоянен, что дает возможность заменить парциальные давления на объемные концентрации или молярные доли.

ПРИМЕР 1.8. Для жидкофазной реакции

Con₆N₄(Con₂N₅)₂ + Con₆N₆ « 2С₆N₅Con₂N₅

А В R

найти состав равновесной смеси, si A_Con=4 при четырехкратном избытке бензола (En).

РЕШЕНИЕ. Исходная концентрация диэтилбензола (Y) Con_Y0, а равновесная – . Тогда равновесные концентрации остальных компонентов реакции будут

.

Выражение константы равновесия

.

Неизвестную исходную концентрацию Con_Y0 найдем из условия, что сумма объемов диэтилбензола и бензола равна 1 m³, полагая, что плотности реагентов одинаковы и равны 870 kg/m³, а молярные массы соответственно равны 0,135 y 0,078 kg/mol:

; Con_Y0=1946 моль/м³.

Тогда из выражения константы равновесия получаем

de donde mol/m³;

mol/m³;

mol/m³.

При расчете равновесных степеней превращения сложных реакций (параллельных или последовательных) число уравнений констант равновесия будет равно числу простых реакций, поэтому приходится решать систему нелинейных уравнений чаще всего методами вычислительной математики.