Расчет по уравнению химической реакции

В химической реакции общего вида nAА+nBB Û nRR+nSS ±Q вещества реагируют в соответствии с соотношением стехиометрической эквивалентности:

, (1.29)

где Ni,0 – мольные количества веществ до начала химической реакции, Ni – текущие (конечные) количества, ni - стехиометрические коэффициенты.

Количество всех у чтников и продуктов реакции (Ni,хр) рассчитывают по любому из веществ (NА,0), количество которого известно:

Ni,хр = ×NА,0 ×ХА; (1.30)

mi,хр = ×mА,0 ×ХА. (1.31)

Здесь m и M – массa и молярная масса веществ соответственно.

Расчет расходной части баланса

На выходе из реактора (расходная часть баланса) поток состоит из продуктов реакции, непрореагировавших исходных веществ (при ХА<1), и веществ, не участвующих в химических превращениях (инертов). Количество каждого компонента в расходной части баланса рассчитывают по формуле:

ni = ni,0 - ni,хр , (1.32)

где ni,хр – количество вещества, израсходованного (для исходных) или образовавшегося (для продуктов) в результате реакции.

Сводная таблица материального баланса

Для реакции типа nAА+nBB Û nRR+nSS , протекающей в присутствии инерта I, результаты расчета материального баланса рекомендуется представлять в табличном виде (табл.1.3):

Таблица 1.3.

Сводная таблица материального баланса

В-во Mi, кг/кмоль ПРИХОД Реакция   РАСХОД
ni,0, кмоль/ч mi,0, кг/ч ni ni,х, кмоль/ч ni, кмоль/ч mi, кг/ч
А МА NA,0 mA,0 nA NA,0×ХА nA,0 - NА,хp NA ×MA
B М B NB,0 mB,0 nB NA,0×ХА nА,0 - NА,хp NB ×MB
R МR NR,0 mR,0 -nr NA,0×ХА nR,0 - NR,хp NR ×MR
S МS NS,0 mS,0 -ns NA,0×ХА nS,0 - NS,хp NS ×MS
И МИ NИ,0 MИ,0 - - nИ=NИ,0 nИ ×MИ
ВСЕГО S ni,0 Smi,0     S ni S mi

При необходимости состав равновесной смеси можно представить в мольных либо массовых долях:

(1.33)

, (1.34)

где "-" относится к исходным реагентам,"+"- к продуктам, n - стехиометрические коэффициенты; Dn=nR+nS-(nA+nB); D(niMi)=nRMR+nSMS-nAMA-nBMB.

Примеры решения задач

Простейшие упражнения

Пример 1

Сколько граммов соли и воды содержится в 800 г 12% раствора NaNO3?

Решение

Масса растворенной соли составляет 12% от массы раствора

800×12/100= 96 г,

а масса растворителя – 88% от массы раствора: 800×88/100 = 704 г.

Пример 2

Сколько граммов HCl следует растворить в 250 мл г воды для получения 10% раствора HCl?

Решение

250 граммов воды составляют 90% массы раствора, а масса HCl – 10% массы раствора или 250×10/90=27,7 г.

Пример 3

Сколько граммов 10% раствора H2SO4 потребуется для взаимодействия с 100 мл 13,7% раствора Na2CO3 плотностью 1,145 г/см3.

Решение

Масса 100 мл раствора составляет 100×1,145 = 114,5 г. В нем содержится 114,5×0,137 = 15,68 г Na2CO3. Определив молярные массы Na2CO3 и H2SO4, из уравнения реакции Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+CO2+H2O по пропорции находим необходимое количество серной кислоты 15,68×98,06/106 = 14,5 г, а 10%-ного раствора H2SO4 потребуется:14,5×100/10 = 145 г.

Пример 4

Сколько мл 32,5% раствора NH3 плотностью 0,888 г/см3требуется для образования сульфата аммония (NH4)2SO4 c 250 мл 27,3% раствора H2SO4 плотностью 1,2 г/см3?

Решение

Масса раствора кислоты составляет 250×1.2 = 300 г.

Раствор содержит 300×0,273 = 81,9 г H2SO4.

По уравнению реакции 2NН3 + H2SO4 = (NН4)2SO4 вычисляем массу аммиака, пошедшего на реакцию:34,06×81,9/98,08 г.

Этому количеству аммиака соответствуют

34,06×81,9×100/98,08×32,5 г или 34,06×81,9×100/98,08×32,5×0,888 = 98,6 мл.

Пример 5

Сколько граммов Na2CO3 прореагирует со 100 мл 4N раствора HCl?

Решение

Вычислим массу HCl в 100 мл 4N раствора:

1000 мл 4N раствора содержат 36,46×4 г HCl

100 мл 4N раствора - х г

х = 36,46×4×0,1 г.

По уравнению реакции Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2 находим:

106 2×36,46

106 г Na2CO3 - 2×36,46 г HCl

у г Na2CO3 - 0,4×36,46 г HCl

у = 21,2 г.

Пример 6

Вычислить парциальное давление 570 мл газа, собранного над водой при температуре 200С и давлении 104,1 кПа.

Решение

Полное давление складывается из двух величин: парциального давления самого газа и давления насыщенного водяного пара (см. табл.1.2) Следовательно, парциальное давление газа в данном случае равно 104,1 – 2,34=101,76 кПа. Приводя измененный объем газа к нормальным условиям, следует подставить в уравнение не общее давление газовой смеси (104,1 кПа), а парциальное давление газа (101,76 кПа):

мл.

Если не учесть поправку на давление паров воды, то вместо найденного объема получим

мл.

Ошибка составляет 13 мл, т.е. около 2,5%, что можно допустить только при ориентировочных расчетах.