औद्योगिक संसारमा रासायनिक सन्तुलनको बारेमा छलफल गर्ने उदाहरण प्रश्नहरू
रासायनिक सन्तुलन रसायन विज्ञानमा एक महत्त्वपूर्ण अवधारणा हो र विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा लागू हुन्छ। रासायनिक प्रतिक्रियामा, सन्तुलन तब हुन्छ जब अगाडि प्रतिक्रियाको दर उल्टो प्रतिक्रियाको दर बराबर हुन्छ, जसले गर्दा प्रतिक्रियाकर्ता र उत्पादनहरूको सांद्रता समयसँगै स्थिर रहन्छ। औषधि, पेट्रोकेमिकल र खाद्य प्रशोधन जस्ता धेरै उद्योगहरू उत्पादन र दक्षतालाई अनुकूलन गर्न रासायनिक सन्तुलन बुझ्ने र नियन्त्रण गर्ने कुरामा धेरै निर्भर हुन्छन्। यस लेखले औद्योगिक सन्दर्भमा रासायनिक सन्तुलनसँग सम्बन्धित समस्याहरूको धेरै उदाहरणहरू र तिनीहरूलाई कसरी समाधान गर्ने भनेर छलफल गर्नेछ।
उदाहरण प्रश्न १: अमोनिया उद्योग (हेबर-बोश प्रक्रिया)
प्रश्न:
हेबर-बोश प्रक्रियाले अमोनिया उत्पादन गर्छ (NH3) नाइट्रोजनबाट (N2) र हाइड्रोजन (H2) प्रतिक्रिया अनुसार:
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
५०० K मा, यस प्रतिक्रियाको लागि सन्तुलन स्थिरांक (K c ) ६.० x १०^-२ छ। यदि हामीले १.०० L को आयतन भएको रिएक्टरमा १.०० mol N २ र ३.०० mol H २ बाट सुरु गर्छौं भने, सन्तुलनमा प्रत्येक घटकको सांद्रता गणना गर्नुहोस्।
छलफल:
१. प्रणालीमा प्रत्येक घटकको लागि सांद्रतामा परिवर्तन निर्धारण गर्नुहोस्।
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
मानौं x NH को मोल हो3 जुन सन्तुलनमा बनाइन्छ, त्यसपछि सांद्रतामा परिवर्तन निम्नानुसार हुन्छ:
- N2: -x मोल/लिटर
- H2: -३x मोल/लिटर
- एनएच3: +२x मोल/लिटर
२. सन्तुलन स्थिरांक (K) को आधारमा सन्तुलन समीकरण मिलाउनुहोस्।c):
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3} = ६.० \गुणा १०^{-२}
\]
प्रारम्भिक एकाग्रता र एकाग्रतामा परिवर्तन:
– [एन2] = १.०० – x
– [ह2] = ३.०० – ३x
– [एनएच]3] = २ गुणा
३. यी मानहरूलाई सन्तुलन समीकरणमा प्लग गर्नुहोस्:
\[
६.० \गुणा १०^{-२} = \frac{(२x)^२}{(१.०० – x)(३.०० – ३x)^३}
\]
४. समीकरण समाधान गर्न परीक्षण र त्रुटि वा अन्य संख्यात्मक विधिहरू प्रयोग गरेर x को मान गणना गर्नुहोस्।
गणना पछि, हामीले x = ०.४६ पाउँछौं। त्यसैले:
– [एन2] = 1.00 - 0.46 = 0.54 mol/L
– [ह2] = 3.00 - 3(0.46) = 1.62 mol/L
– [एनएच]3] = २(०.४६) = ०.९२ मोल/लिटर
उदाहरण प्रश्न २: सल्फ्यूरिक एसिड उद्योग (सम्पर्क प्रक्रिया)
प्रश्न:
सम्पर्क प्रक्रियामा, सल्फर डाइअक्साइड (SO2) सल्फर ट्राइअक्साइड (SO2) मा3) प्रतिक्रिया मार्फत:
\[ २\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons २\text{SO}_3(g) \]
६०० K मा यस प्रतिक्रियाको लागि सन्तुलन स्थिरांक (K c ) ३५० हो। यदि रिएक्टरमा ०.५० mol SO २ , ०.२५ mol O २ , र ०.१० mol SO ३ छ भने , २.०० L को आयतनमा सन्तुलनमा घटकहरूको सांद्रता गणना गर्नुहोस्।
छलफल:
१. प्रारम्भिक सांद्रता निर्धारण गर्नुहोस्:
– [त्यसो भए2]शुरुवात = ०.१० मोल / २.०० लिटर = ०.०५ मिलिमिटर
– [ओ2]शुरुवात = ०.१० मोल / २.०० लिटर = ०.०५ मिलिमिटर
– [त्यसो भए3]शुरुवात = ०.१० मोल / २.०० लिटर = ०.०५ मिलिमिटर
२. मानौं x लाई SO सांद्रतामा भएको परिवर्तन हो।3 जुन सन्तुलनमा गठन हुन्छ:
– [त्यसो भए2]: ०.२५ – x
– [ओ2]: ०.१२५ – \(\frac{x}{2}\)
– [त्यसो भए3]: ०.०५ + x
३. सन्तुलन समीकरणमा प्लग इन गर्नुहोस्:
\[
३५० = \frac{(०.०५ + x)^२}{(०.२५ – x)^२ \cdot (०.१२५ – \frac{x}{२})}
\]
४. यो समीकरण समाधान गर्दा (संख्यात्मक विधि प्रयोग गरेर वा प्रोग्रामेबल क्याल्कुलेटर प्रयोग गरेर), यो पत्ता लाग्छ कि x = ०.१६५। त्यसपछि:
– [त्यसो भए2] = ०.२५ – ०.१६५ = ०.०८५ मी
– [ओ2] = ०.१२५ – \(\frac{०.१६५}{२}\) = ०.०४२५ मीटर
– [त्यसो भए3] = ०.०५ + ०.१६५ = ०.२१५ मी
उदाहरण प्रश्न ३: इथाइलबेन्जिन उत्पादन
प्रश्न:
इथाइलबेन्जिनको उत्पादनमा, स्टाइरिन इथाइलबेन्जिन (C) को डिहाइड्रोजनेशनद्वारा उत्पादन गरिन्छ।6H5CH2CH3):
\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}_3(g) \rightleftharpoons \text{C}_6\text{H}_5\text{CH=CH}_2(g) + \text{H}_2(g) \]
यदि ७०० K मा यस प्रतिक्रियाको लागि सन्तुलन स्थिरांक (K c ) २.५ छ, र १.० L को आयतनमा सुरुमा १.० मोल इथाइलबेन्जिन छ भने, सन्तुलनमा सांद्रता गणना गर्नुहोस्।
छलफल:
१. प्रारम्भिक सांद्रता निर्धारण गर्नुहोस्:
– [ग6H5CH2CH3] = ० मि
– [ग6H5CH=CH2] = ० M (किनभने यो विघटित भएको छैन)
– [ह2] = ० मि
२. मानौं x लाई C को सांद्रतामा भएको परिवर्तन हो।6H5CH=CH2 जुन सन्तुलनमा गठन हुन्छ:
– [ग6H5CH2CH3]: ०.२५ – x
– [ग6H5CH=CH2]: x
– [ह2]: x
३. सन्तुलन समीकरणमा प्लग इन गर्नुहोस्:
\[
२.५ = \frac{x \cdot x}{१.० – x} = \frac{x^२}{१.० – x}
\]
४. यो द्विघात समीकरण समाधान गर्दा, यो पत्ता लाग्छ कि x = ०.६२। त्यसपछि:
– [ग6H5CH2CH3] = ०.२५ – ०.१६५ = ०.०८५ मी
– [ग6H5CH=CH2] = ० मि
– [ह2] = ० मि
यी तीन उदाहरणहरूमा, हामीले विभिन्न औद्योगिक सन्दर्भहरूमा रासायनिक सन्तुलनको अवधारणा कसरी लागू गरिन्छ भनेर देख्यौं। रासायनिक सन्तुलनको सटीक नियन्त्रणले उत्पादन दक्षता र उत्पादनको गुणस्तर सुधार गर्न सक्ने भएकाले रासायनिक सन्तुलन औद्योगिक प्रक्रियाहरूमा एक आधारभूत र महत्त्वपूर्ण सिद्धान्त हो। रासायनिक सन्तुलनको पूर्ण बुझाइले इन्जिनियर वा औद्योगिक व्यवसायीलाई प्रक्रियाहरू इष्टतम रूपमा डिजाइन र सञ्चालन गर्न सक्षम बनाउँछ।
