Химическое равновесие в гетерогенных системах

Рассмотрим гетерогенную реакцию, протекающую при постоянных температуре и давлении:

ν₁A(г) + ν₂B(к) ⇄ ν₃C(г) + ν₄D(к),

где (к) означает конденсированную фазу (жидкую или твердую). Согласно общему условию равновесия:

i∑ν_iμ_i = (ν₃μ_C + ν₄μ_D) – (ν₁μ_A + ν₂μ_B) = 0.

Если газообразные вещества A и C подчиняются законам идеальных газов, то их химические потенциалы можно записать в следующем виде:

μ_A = μ_A° + RTlnp_A и μ_C = μ_C° + RTlnp_C,

где p_A и p_C – равновесные парциальные давления компонентов A и C. Химические потенциалы μ_B и μ_D реагентов B и D, если они не образуют жидких или твердых растворов, равны μ_B° и μ_D° и, соответственно, являются постоянными величинами при постоянной температуре. Отсюда получаем:

– 1 RT ·[(ν₃μ_C° + ν₄μ_D°) – (ν₁μ_A° + ν₂μ_B°)] = lnp_C^ν₃p_A^ν₁равн. .

Все члены в левой части последнего уравнения при постоянной температуре являются постоянными. Откуда следует, что при постоянной температуре отношение p_C^ν₃/p_A^ν₁ в правой части уравнения также является постоянным. Согласно определению:

e^{–(∑ν_iμ_i°/RT)} = Const, откуда p_C^ν₃p_A^ν₁равн.= K_p,

где K_p – константа равновесия для гетерогенной системы. Как видно из последнего выражения, в константу равновесия для гетерогенной реакции входят только парциальные равновесные давления газообразных участников A и C.

Задачи по теме:

Запишите выражения для констант равновесия следующих реакций:
1. C(к) + CO₂(г) ⇄; 2CO(г);
2. MgCO₃(к) ⇄ MgO(к) + CO₂(г);
3. CaCO₃(к) ⇄ CaO(к) + CO₂(г).
Решение:

Поскольку в константу равновесия для гетерогенной реакции входят только парциальные равновесные давления газообразных участников, получаем:
1. K_p = p_CO²p_CO₂равн. ;
2. K_p = p_CO₂;
3. K_p = p_CO₂.
Ответ: 1) K_p = p_CO²p_CO₂равн., 2) K_p = p_CO₂, 3) K_p = p_CO₂.