Намунаҳои саволҳо дар бораи мувозинати кимиёвӣ дар ҷаҳони саноатӣ
Мувозинати химиявӣ як мафҳуми муҳим дар химия буда, дар соҳаҳои гуногуни саноатӣ ба таври васеъ татбиқ мешавад. Дар реаксияи химиявӣ, мувозинат вақте ба амал меояд, ки суръати реаксияи рост ба суръати реаксияи баръакс баробар бошад, то ки консентратсияи реактивҳо ва маҳсулот бо мурури замон доимӣ боқӣ монанд. Бисёре аз соҳаҳо, ба монанди дорусозӣ, нафту кимиё ва коркарди хӯрокворӣ, барои беҳтар кардани истеҳсолот ва самаранокӣ ба фаҳмидан ва назорати мувозинати химиявӣ такя мекунанд. Дар ин мақола якчанд мисолҳои мушкилоти марбут ба мувозинати химиявӣ дар заминаи саноатӣ ва чӣ гуна ҳалли онҳо баррасӣ карда мешаванд.
Намунаи саволи 1: Саноати аммиак (Раванди Haber-Bosch)
Савол:
Раванди Ҳабер-Бош аммиак (NH2) истеҳсол мекунад.3) аз нитроген (N2) ва гидроген (H2) мувофиқи реаксия:
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
Дар ҳарорати 500 К, доимии мувозинат (Kc ) барои ин реаксия 6.0 x 10^-2 аст. Агар мо бо 1.00 мол N2 ва 3.00 мол H2 дар реактор бо ҳаҷми 1.00 л оғоз кунем , консентратсияи ҳар як ҷузъро дар ҳолати мувозинат ҳисоб кунед.
Муҳокима:
1. Тағйирёбии консентратсияро барои ҳар як ҷузъи система муайян кунед.
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
Бигзор x молҳои NH бошад3 ки дар ҳолати мувозинат ташаккул меёбад, пас тағирёбии консентратсия чунин аст:
- Н2: -x мол/л
- Ҳ2: -3x мол/л
– NH3: +2x мол/л
2. Муодилаи мувозинатро дар асоси доимии мувозинат (K) тартиб диҳед.c):
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3} = 6.0 \times 10^{-2}
\]
Консентратсияи ибтидоӣ ва тағирёбии консентратсия:
– [Н]2] = 1.00 – x
– [Ҳ]2] = 3.00 – 3x
– [НҲ3] = 2x
3. Ин арзишҳоро ба муодилаи мувозинат дохил кунед:
\[
6.0 \times 10^{-2} = \frac{(2x)^2}{(1.00 – x)(3.00 – 3x)^3}
\]
4. Қимати x-ро бо истифода аз усули озмоишӣ ва хатогӣ ё дигар усулҳои рақамӣ барои ҳалли муодила ҳисоб кунед.
Пас аз ҳисобкунӣ, мо x = 0.46 мегирем. Пас:
– [Н]2] = 1.00 – 0.46 = 0.54 моль/л
– [Ҳ]2] = 3.00 – 3(0.46) = 1.62 моль/л
– [НҲ3] = 2(0.46) = 0.92 мол/л
Намунаи саволи 2: Саноати кислотаи сулфат (Раванди тамос)
Савол:
Дар раванди тамос, табдили дуоксиди сулфур (SO3)2) ба сеоксиди сулфур (SO3) тавассути реаксия:
\[ 2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g) \]
Константаи мувозинат (Kc ) барои ин реаксия дар ҳарорати 600 К 350 аст. Агар реактор 0.50 мол SO2, 0.25 мол O2 ва 0.10 мол SO3 дошта бошад , консентратсияҳои ҷузъҳоро дар ҳолати мувозинат дар ҳаҷми 2.00 л ҳисоб кунед.
Муҳокима:
1. Консентратсияи ибтидоиро муайян кунед:
– [СО]2]оғоз = 0.50 мол / 2.00 л = 0.25 М
– [О]2]оғоз = 0.25 мол / 2.00 л = 0.125 М
– [СО]3]оғоз = 0.10 мол / 2.00 л = 0.05 М
2. Бигзор x тағйироти консентратсияи SO бошад.3 ки дар ҳолати мувозинат ташаккул меёбад:
– [СО]2]: 0.25 – x
– [О]2]: 0.125 – \(\frac{x}{2}\)
– [СО]3]: 0.05 + x
3. Ба муодилаи мувозинат пайваст кунед:
\[
350 = \frac{(0.05 + x)^2}{(0.25 – x)^2 \cdot (0.125 – \frac{x}{2})}
\]
4. Бо роҳи ҳалли ин муодила (бо истифода аз усули ададӣ ё бо истифода аз ҳисобкунаки барномарезишаванда), маълум мешавад, ки x = 0.165 аст. Пас:
– [СО]2] = 0.25 – 0.165 = 0.085 М
– [О]2] = 0.125 – \(\frac{0.165}{2}\) = 0.0425 M
– [СО]3] = 0.05 + 0.165 = 0.215 М
Намунаи саволи 3: Истеҳсоли этилбензол
Савол:
Дар истеҳсоли этилбензол, стирол бо роҳи дегидрогенизатсияи этилбензол (C2C2) ҳосил мешавад.6H5CH2CH3):
\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}_3(g) \rightleftharpoons \text{C}_6\text{H}_5\text{CH=CH}_2(g) + \text{H}_2(g) \]
Агар доимии мувозинат (Kc ) барои ин реаксия дар ҳарорати 700 К 2.5 бошад ва дар аввал 1.0 мол этилбензол дар ҳаҷми 1.0 л мавҷуд бошад, консентратсияро дар ҳолати мувозинат ҳисоб кунед.
Муҳокима:
1. Консентратсияи ибтидоиро муайян кунед:
– [C]6H5CH2CH3] = 1.0 М
– [C]6H5CH=CH2] = 0 M (зеро он таҷзия нашудааст)
– [Ҳ]2] = 0 М
2. Бигзор x тағйироти консентратсияи C бошад6H5CH=CH2 ки дар ҳолати мувозинат ташаккул меёбад:
– [C]6H5CH2CH3]: 1.0 – x
– [C]6H5CH=CH2]: x
– [Ҳ]2]: x
3. Ба муодилаи мувозинат пайваст кунед:
\[
2.5 = \frac{x \cdot x}{1.0 – x} = \frac{x^2}{1.0 – x}
\]
4. Ҳангоми ҳалли ин муодилаи квадратӣ, маълум мешавад, ки x = 0.62 аст. Пас:
– [C]6H5CH2CH3] = 1.0 – 0.62 = 0.38 М
– [C]6H5CH=CH2] = 0.62 М
– [Ҳ]2] = 0.62 М
Дар ин се мисол, мо дидем, ки чӣ гуна мафҳуми мувозинати кимиёвӣ дар заминаҳои гуногуни саноатӣ татбиқ мешавад. Мувозинати кимиёвӣ як принсипи асосӣ ва муҳим дар равандҳои саноатӣ мебошад, зеро назорати дақиқи мувозинати кимиёвӣ метавонад самаранокии истеҳсолот ва сифати маҳсулотро беҳтар созад. Фаҳмиши амиқи мувозинати кимиёвӣ ба муҳандис ё мутахассиси саноатӣ имкон медиҳад, ки равандҳоро ба таври оптималӣ тарҳрезӣ ва идора кунад.
