Ceisteanna Samplacha a Phléann Cothromaíocht Cheimiceach sa Domhan Tionsclaíoch
Is coincheap ríthábhachtach sa cheimic í an chothromaíocht cheimiceach agus tá feidhm fhorleathan aici i réimsí tionsclaíocha éagsúla. I imoibriú ceimiceach, tarlaíonn cothromaíocht nuair a bhíonn ráta an imoibrithe ar aghaidh cothrom le ráta an imoibrithe droim ar ais, ionas go bhfanann tiúchan na n-imoibrithe agus na dtáirgí tairiseach le himeacht ama. Braitheann go leor tionscal, amhail cógaisíocht, peitriceimiceáin, agus próiseáil bia, go mór ar thuiscint agus rialú a fháil ar chothromaíocht cheimiceach chun táirgeadh agus éifeachtúlacht a bharrfheabhsú. Pléifidh an t-alt seo roinnt samplaí de fhadhbanna a bhaineann le cothromaíocht cheimiceach i gcomhthéacs tionsclaíoch agus conas iad a réiteach.
Ceist Shamplach 1: Tionscal Amóinia (Próiseas Haber-Bosch)
Ceist:
Táirgeann próiseas Haber-Bosch amóinia (NH3) ó nítrigin (N2) agus hidrigin (H2) de réir an imoibrithe:
[\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
Ag 500 K, is é 6.0 x 10^-2 tairiseach cothromaíochta (Kc ) don imoibriú seo. Má thosaímid le 1.00 móil N2 agus 3.00 móil H2 in imoibritheoir le toirt 1.00 L, ríomh tiúchan gach comhpháirte ag cothromaíocht.
Plé:
1. Faigh amach an t-athrú i dtiúchan gach comhpháirte sa chóras.
[\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
Lig x a bheith ina móil de NH3 a fhoirmítear ag cothromaíocht, ansin is mar seo a leanas an t-athrú tiúchana:
- N.2-x móil/L
- H.2-3x móil/L
– NH3+2x móil/L
2. Socraigh an chothromóid chothromaíochta bunaithe ar an tairiseach cothromaíochta (Kc):
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3} = 6.0 \times 10^{-2}
\]
Tiúchan tosaigh agus athrú tiúchana:
– [N2] = 1.00 – x
– [H2] = 3.00 – 3x
– [N.H.3] = 2x
3. Cuir na luachanna seo isteach sa chothromóid chothromaíochta:
\[
6.0 × 10^{-2} = \frac{(2x)^2}{(1.00 – x)(3.00 – 3x)^3}
\]
4. Ríomh luach x trí thriail agus earráid nó modhanna uimhriúla eile a úsáid chun an chothromóid a réiteach.
Tar éis an ríomha, faighimid x = 0.46. Mar sin:
– [N2] = 1.00 – 0.46 = 0.54 mol/L
– [H2] = 3.00 – 3(0.46) = 1.62 mol/L
– [N.H.3] = 2(0.46) = 0.92 móil/L
Ceist Shamplach 2: Tionscal Aigéad Sulfarach (Próiseas Teagmhála)
Ceist:
Sa phróiseas teagmhála, déantar dé-ocsaíd sulfair (SO4) a thiontú2) i dtrí-ocsaíd sulfair (SO3) tríd an imoibriú:
\[ 2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g) \]
Is é 350 an tairiseach cothromaíochta (Kc ) don imoibriú seo ag 600 K. Má tá 0.50 móil SO2, 0.25 móil O2, agus 0.10 móil SO3 san imoibritheoir , ríomh tiúchan na gcomhpháirteanna ag cothromaíocht i dtoirt 2.00 L.
Plé:
1. Faigh amach an tiúchan tosaigh:
– [Mar sin2]abhall = 0.50 móil / 2.00 L = 0.25 M
– [Ó2]abhall = 0.25 móil / 2.00 L = 0.125 M
– [Mar sin3]abhall = 0.10 móil / 2.00 L = 0.05 M
2. Lig x a bheith mar an t-athrú i dtiúchan SO.3 a fhoirmítear ag cothromaíocht:
– [Mar sin2]: 0.25 – x
– [Ó2]: 0.125 – \(\frac{x}{2}\)
– [Mar sin3]: 0.05 + x
3. Cuir isteach sa chothromóid chothromaíochta:
\[
350 = \frac{(0.05 + x)^2}{(0.25 – x)^2 \cdot (0.125 – \frac{x}{2})}
\]
4. Trí an chothromóid seo a réiteach (ag baint úsáide as modh uimhriúil nó as áireamhán in-ríomhchláraithe), faightear amach go bhfuil x = 0.165. Ansin:
– [Mar sin2] = 0.25 – 0.165 = 0.085 M
– [Ó2] = 0.125 – \(\frac{0.165}{2}\) = 0.0425 M
– [Mar sin3] = 0.05 + 0.165 = 0.215 M
Ceist Shamplach 3: Táirgeadh Eitilbeinséin
Ceist:
I dtáirgeadh eitilebeinséine, táirgtear stíréin trí dhíhiodráitiú eitilebeinséine (C6H5CH2CH3):
\[ \téacs{C}_6\téacs{H}_5\téacs{CH}_2\téacs{CH}_3(g) \rightleftharpoons \téacs{C}_6\téacs{H}_5\téacs{CH=CH}_2(g) + \téacs{H}_2(g) \]
Más é 2.5 an tairiseach cothromaíochta (Kc ) don imoibriú seo ag 700 K, agus má tá 1.0 móil d'eitilebeinséin i dtoirt 1.0 L ar dtús, ríomh an tiúchan ag an gcothromaíocht.
Plé:
1. Faigh amach an tiúchan tosaigh:
– [C6H5CH2CH3] = 1.0 M
– [C6H5CH=CH2] = 0 M (toisc nach bhfuil sé dianscaoilte)
– [H2] = 0 M
2. Lig x a bheith mar an t-athrú i dtiúchan C6H5CH=CH2 a fhoirmítear ag cothromaíocht:
– [C6H5CH2CH3]: 1.0 – x
– [C6H5CH=CH2]: x
– [H2]: x
3. Cuir isteach sa chothromóid chothromaíochta:
\[
2.5 = \frac{x \cdot x}{1.0 – x} = \frac{x^2}{1.0 – x}
\]
4. Trí an chothromóid chearnach seo a réiteach, faightear amach go bhfuil x = 0.62. Ansin:
– [C6H5CH2CH3] = 1.0 – 0.62 = 0.38 M
– [C6H5CH=CH2] = 0.62 M
– [H2] = 0.62 M
Sna trí shampla seo, chonaiceamar conas a chuirtear coincheap na cothromaíochta ceimicí i bhfeidhm i gcomhthéacsanna tionsclaíocha éagsúla. Is prionsabal bunúsach agus ríthábhachtach é an chothromaíocht cheimiceach i bpróisis thionsclaíocha, toisc gur féidir le rialú beacht ar chothromaíocht cheimiceach éifeachtúlacht táirgthe agus cáilíocht táirgí a fheabhsú. Cuireann tuiscint iomlán ar chothromaíocht cheimiceach ar chumas innealtóra nó cleachtóra tionsclaíoch próisis a dhearadh agus a oibriú go barrmhaith.
