औद्योगिक जगातील रासायनिक समतोलावर चर्चा करणारे नमुना प्रश्न
रासायनिक समतोल ही रसायनशास्त्रातील एक महत्त्वपूर्ण संकल्पना असून ती विविध औद्योगिक क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर लागू होते. रासायनिक अभिक्रियेमध्ये, समतोल तेव्हा साधला जातो जेव्हा पुरोगामी अभिक्रियेचा वेग प्रतिगामी अभिक्रियेच्या वेगाइतका होतो, ज्यामुळे अभिकारके आणि उत्पादने यांची सांद्रता कालांतराने स्थिर राहते. औषधनिर्माण, पेट्रोकेमिकल्स आणि अन्न प्रक्रिया यांसारखे अनेक उद्योग, उत्पादन आणि कार्यक्षमता इष्टतम करण्यासाठी रासायनिक समतोल समजून घेण्यावर आणि त्यावर नियंत्रण ठेवण्यावर मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून असतात. या लेखात औद्योगिक संदर्भातील रासायनिक समतोलाशी संबंधित समस्यांची अनेक उदाहरणे आणि त्या कशा सोडवायच्या यावर चर्चा केली जाईल.
उदाहरण प्रश्न १: अमोनिया उद्योग (हेबर-बॉश प्रक्रिया)
प्रश्न:
हेबर-बॉश प्रक्रियेमुळे अमोनिया (NH₃) तयार होतो.3नायट्रोजन (N) पासून2) आणि हायड्रोजन (H2प्रतिक्रियेनुसार:
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
500 K तापमानावर, या अभिक्रियेसाठी समतोल स्थिरांक (K c ) 6.0 x 10^-2 आहे. जर आपण 1.00 L आकारमानाच्या रिॲक्टरमध्ये 1.00 mol N 2 आणि 3.00 mol H 2 पासून सुरुवात केली, तर समतोलावस्थेत प्रत्येक घटकाची सांद्रता काढा.
चर्चा:
१. प्रणालीतील प्रत्येक घटकाच्या सांद्रतेतील बदल निश्चित करा.
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
NH चे मोल x मानूया3 जे समतोलावस्थेत तयार होते, तेव्हा सांद्रतेतील बदल खालीलप्रमाणे असतो:
- एन2: -x मोल/लिटर
- एच2: -3x मोल/लिटर
– एनएच3: +2x मोल/लिटर
२. समतोल स्थिरांक (K) च्या आधारावर समतोल समीकरणाची मांडणी करा.c):
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3} = 6.0 \times 10^{-2}
\]
प्रारंभिक सांद्रता आणि सांद्रतेतील बदल:
– [एन2] = 1.00 – x
– [एच2] = 3.00 – 3x
– [एनएच3] = 2x
३. या किमती समतोल समीकरणात टाका:
\[
6.0 \times 10^{-2} = \frac{(2x)^2}{(1.00 – x)(3.00 – 3x)^3}
\]
4. समीकरण सोडवण्यासाठी प्रयत्न-त्रुटी किंवा इतर संख्यात्मक पद्धती वापरून x ची किंमत काढा.
गणना केल्यावर आपल्याला x = 0.46 मिळते. म्हणून:
– [एन2] = 1.00 - 0.46 = 0.54 mol/L
– [एच2] = 3.00 - 3(0.46) = 1.62 mol/L
– [एनएच3] = 2(0.46) = 0.92 मोल/लिटर
उदाहरण प्रश्न २: सल्फ्यूरिक ऍसिड उद्योग (संपर्क प्रक्रिया)
प्रश्न:
संपर्क प्रक्रियेमध्ये, सल्फर डायऑक्साइडचे (SO₂) रूपांतरण2) सल्फर ट्रायऑक्साइड (SO) मध्ये3प्रतिक्रियेद्वारे:
\[ 2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g) \]
600 K तापमानावर या अभिक्रियेसाठी समतोल स्थिरांक (K c ) 350 आहे. जर रिॲक्टरमध्ये 0.50 mol SO 2 , 0.25 mol O 2 , आणि 0.10 mol SO 3 असतील , तर 2.00 L आकारमानात समतोलावस्थेत घटकांची सांद्रता काढा.
चर्चा:
१. प्रारंभिक सांद्रता निश्चित करा:
– [SO2]अवल = ०.१० मोल / २.०० लिटर = ०.०५ मोल
– [ओ2]अवल = ०.१० मोल / २.०० लिटर = ०.०५ मोल
– [SO3]अवल = ०.१० मोल / २.०० लिटर = ०.०५ मोल
२. SO सांद्रतेतील बदल x मानू.3 जे समतोलावस्थेत तयार होते:
– [SO2]: ०.२५ – x
– [ओ2]: 0.125 – \(\frac{x}{2}\)
– [SO3]: 0.05 + x
३. समतोल समीकरणात किमती टाका:
\[
350 = \frac{(0.05 + x)^2}{(0.25 – x)^2 \cdot (0.125 – \frac{x}{2})}
\]
४. हे समीकरण (संख्यात्मक पद्धतीने किंवा प्रोग्रामेबल कॅल्क्युलेटर वापरून) सोडवल्यावर, x = ०.१६५ असे आढळते. तर:
– [SO2] = ०.२५ – ०.१६५ = ०.०८५ मी
– [ओ2] = 0.125 – \(\frac{0.165}{2}\) = 0.0425 M
– [SO3] = ०.०५ + ०.१६५ = ०.२१५ मी
उदाहरण प्रश्न ३: इथिलबेंझिन उत्पादन
प्रश्न:
इथिलबेंझिनच्या उत्पादनात, इथिलबेंझिनच्या (C) निर्जलीकरणाने स्टायरीन तयार होते.6H5CH2CH3):
\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}_3(g) \rightleftharpoons \text{C}_6\text{H}_5\text{CH=CH}_2(g) + \text{H}_2(g) \]
जर 700 K तापमानावर या अभिक्रियेसाठी समतोल स्थिरांक (K c ) 2.5 असेल आणि सुरुवातीला 1.0 L आकारमानात 1.0 mol इथिलबेंझिन असेल, तर समतोलावस्थेतील सांद्रतेची गणना करा.
चर्चा:
१. प्रारंभिक सांद्रता निश्चित करा:
– [सी6H5CH2CH3] = ० एम
– [सी6H5CH=CH2] = 0 M (कारण त्याचे विघटन झालेले नाही)
– [एच2] = ० एम
२. C च्या सांद्रतेतील बदल x मानू.6H5CH=CH2 जे समतोलावस्थेत तयार होते:
– [सी6H5CH2CH3]: ०.२५ – x
– [सी6H5CH=CH2]: x
– [एच2]: x
३. समतोल समीकरणात किमती टाका:
\[
2.5 = \frac{x \cdot x}{1.0 – x} = \frac{x^2}{1.0 – x}
\]
४. हे वर्गसमीकरण सोडवल्यावर x = ०.६२ असे आढळते. तर:
– [सी6H5CH2CH3] = ०.२५ – ०.१६५ = ०.०८५ मी
– [सी6H5CH=CH2] = ० एम
– [एच2] = ० एम
या तीन उदाहरणांमध्ये, आपण पाहिले आहे की रासायनिक समतोलाची संकल्पना वेगवेगळ्या औद्योगिक संदर्भांमध्ये कशी लागू केली जाते. रासायनिक समतोल हे औद्योगिक प्रक्रियांमधील एक मूलभूत आणि महत्त्वपूर्ण तत्त्व आहे, कारण रासायनिक समतोलावर अचूक नियंत्रण ठेवल्यास उत्पादन कार्यक्षमता आणि उत्पादनाची गुणवत्ता सुधारू शकते. रासायनिक समतोलाचे सखोल ज्ञान एखाद्या अभियंत्याला किंवा औद्योगिक व्यावसायिकाला प्रक्रियांची इष्टतम रचना करण्यास आणि त्या चालवण्यास सक्षम करते.
