Egzanp Kesyon ki Diskite sou Ekilib Chimik nan Monn Endistriyèl la
Ekilib chimik se yon konsèp enpòtan nan chimi epi li lajman aplikab nan divès domèn endistriyèl. Nan yon reyaksyon chimik, ekilib rive lè vitès reyaksyon dirèk la egal ak vitès reyaksyon envès la, pou konsantrasyon reyaktif yo ak pwodwi yo rete konstan sou tan. Anpil endistri, tankou famasetik, petwochimik, ak pwosesis manje, depann anpil sou konpreyansyon ak kontwòl ekilib chimik pou optimize pwodiksyon ak efikasite. Atik sa a pral diskite plizyè egzanp pwoblèm ki gen rapò ak ekilib chimik nan yon kontèks endistriyèl ak kijan pou rezoud yo.
Egzanp Kesyon 1: Endistri Amonyak (Pwosesis Haber-Bosch)
Kesyon:
Pwosesis Haber-Bosch la pwodui amonyak (NH3) soti nan azòt (N2) ak idwojèn (H2) dapre reyaksyon an:
\[ \tekst{N}_2(g) + 3 \tekst{H}_2(g) \rightleftharpoons 2 \tekst{NH}_3(g) \]
A 500 K, konstan ekilib la (K c ) pou reyaksyon sa a se 6.0 x 10^-2. Si nou kòmanse ak 1.00 mol N 2 ak 3.00 mol H 2 nan yon reaktè ki gen yon volim 1.00 L, kalkile konsantrasyon chak konpozan nan ekilib.
Diskisyon:
1. Detèmine chanjman nan konsantrasyon pou chak konpozan nan sistèm nan.
\[ \tekst{N}_2(g) + 3 \tekst{H}_2(g) \rightleftharpoons 2 \tekst{NH}_3(g) \]
Se pou x mòl NH yo3 ki fòme nan ekilib, alò chanjman nan konsantrasyon an se jan sa a:
- N2-x mol/L
- H2-3x mol/L
– NH3+2x mol/L
2. Aranje ekwasyon ekilib la ki baze sou konstan ekilib la (Kc):
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3} = 6.0 \fwa 10^{-2}
\]
Konsantrasyon inisyal ak chanjman nan konsantrasyon:
– [N2] = 1.00 – x
– [H2] = 3.00 – 3x
– [NH3] = 2x
3. Mete valè sa yo nan ekwasyon ekilib la:
\[
6.0 \fwa 10^{-2} = \frac{(2x)^2}{(1.00 – x)(3.00 – 3x)^3}
\]
4. Kalkile valè x la lè w sèvi ak metòd esè ak erè oubyen lòt metòd nimerik pou rezoud ekwasyon an.
Apre kalkil la, nou jwenn x = 0.46. Kidonk:
– [N2] = 1.00 - 0.46 = 0.54 mol/L
– [H2] = 3.00 – 3 (0.46) = 1.62 mol/L
– [NH3] = 2(0.46) = 0.92 mol/L
Egzanp Kesyon 2: Endistri Asid Silfirik (Pwosesis Kontak)
Kesyon:
Nan pwosesis kontak la, konvèsyon diyoksid souf (SO2) nan triyoksid souf (SO3) atravè reyaksyon an:
\[ 2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g) \]
Konstan ekilib la (Kc ) pou reyaksyon sa a nan 600 K se 350. Si reaktè a genyen 0.50 mol SO2 , 0.25 mol O2 , ak 0.10 mol SO3 , kalkile konsantrasyon konpozan yo nan ekilib nan yon volim 2.00 L.
Diskisyon:
1. Detèmine konsantrasyon inisyal la:
– [KONSA2]awal = 0.50 mol / 2.00 L = 0.25 M
– [O2]awal = 0.25 mol / 2.00 L = 0.125 M
– [KONSA3]awal = 0.10 mol / 2.00 L = 0.05 M
2. Se pou x chanjman nan konsantrasyon SO a.3 ki fòme nan ekilib:
– [KONSA2]: 0.25 – x
– [O2]: 0.125 – \(\frac{x}{2}\)
– [KONSA3]: 0.05 + x
3. Konekte nan ekwasyon ekilib la:
\[
350 = \frac{(0.05 + x)^2}{(0.25 – x)^2 \cdot (0.125 – \frac{x}{2})}
\]
4. Lè w rezoud ekwasyon sa a (lè w sèvi ak yon metòd nimerik oubyen yon kalkilatris pwogramasyon), ou jwenn ke x = 0.165. Lè sa a:
– [KONSA2] = 0.25 – 0.165 = 0.085 M
– [O2] = 0.125 – \(\frac{0.165}{2}\) = 0.0425 M
– [KONSA3] = 0.05 + 0.165 = 0.215 M
Egzanp Kesyon 3: Pwodiksyon etilbenzèn
Kesyon:
Nan pwodiksyon etilbenzèn, stirèn pwodui pa dezidrogenasyon etilbenzèn (C6H5CH2CH3):
\[ \tekst{C}_6\tekst{H}_5\tekst{CH}_2\tekst{CH}_3(g) \rightleftharpoons \tekst{C}_6\tekst{H}_5\tekst{CH=CH}_2(g) + \tekst{H}_2(g) \]
Si konstan ekilib la (Kc ) pou reyaksyon sa a nan 700 K se 2.5, epi okòmansman gen 1.0 mol etilbenzèn nan yon volim 1.0 L, kalkile konsantrasyon an nan ekilib.
Diskisyon:
1. Detèmine konsantrasyon inisyal la:
– [C6H5CH2CH3] = 1.0 M
– [C6H5CH=CH2] = 0 M (paske li pa dekonpoze)
– [H2] = 0 M
2. Se pou x chanjman nan konsantrasyon C la.6H5CH=CH2 ki fòme nan ekilib:
– [C6H5CH2CH3]: 1.0 – x
– [C6H5CH=CH2]: x
– [H2]: x
3. Konekte nan ekwasyon ekilib la:
\[
2.5 = \frac{x \cdot x}{1.0 – x} = \frac{x^2}{1.0 – x}
\]
4. Lè nou rezoud ekwasyon kwadratik sa a, nou jwenn ke x = 0.62. Lè sa a:
– [C6H5CH2CH3] = 1.0 – 0.62 = 0.38 M
– [C6H5CH=CH2] = 0.62 M
– [H2] = 0.62 M
Nan twa egzanp sa yo, nou te wè kijan konsèp ekilib chimik la aplike nan diferan kontèks endistriyèl. Ekilib chimik se yon prensip fondamantal ak enpòtan nan pwosesis endistriyèl yo, paske kontwòl presi sou ekilib chimik la ka amelyore efikasite pwodiksyon ak kalite pwodwi. Yon konpreyansyon apwofondi sou ekilib chimik pèmèt yon enjenyè oswa yon pratikan endistriyèl konsevwa ak opere pwosesis yo yon fason optimal.
