2. Mateálové blace s chemckou eakcou 2. Mateálové blace s chemckou eakcou Píklad 1 - Sytéza amoaku Píklad 2 - Neutalzáca Píklad 3 - Etyléoxd Píklad 4 - Fosfo Píklad 5 - ezé Píklad 6 - Sía - Metá Píklad 7 - Sytézy ply 1 Píklad 8 - Zemý ply Píklad 9 - Sytézy ply 2 Píklad 10 - Spaľovaca pec
Píklad 1 - Sytéza amoaku 3. lačá schéma lačá schéma: 1 = x1 = 1 3 =? mol x3 =? 1 - dusík x3 =? x3c =? REKOR 2 = 8 mol 3 vystupujúca plyá zmes x2 = 1 2 - vodík 1. Zadae píkladu M - R - Píklad 1 - moak 3: Do eaktoa vstupujú 2 móly dusíka a 8 mólov vodíka. V eaktoe pebeha exotemcká eakca s 50 pecetou kovezou. N 2 + 3 H 2 = 2 NH 3 Vypočítajte: a.rozsah eakce. b. Stupeň pemey eaktatov. c.eoetcký ozsah eakce. d.eoetcké možstvá eaktatov a ch koefcety adbytkov. e. Látkové možstvo vystupujúcej plyej zmes a jej zložee. Zložky: dusík vodík =? mol C - amoak eakčý púd (fktívy) Koveza eakce je 50 % - á. (stupeň pemey lmtujúcej zložky ak = 0.5 ) CELKOVÝ VIZUÁLNY ORZ... 4. Rešee Zložky Púdy 1 2 3 : N 2 1 *x 1 (-1)*ξ 3 *x 3 2-1 1 2. "Metála tegáca fomácí"... čítae sytéza vzualzáca : H 2 2 *x 2 (-3)*ξ 3 *x 3 8-3 5 C: NH 3 2*ξ 3 *x 3C 2 2 S 1 1 3 2 8-2 8 aalýza logka pedstavvosť
M - 2 : Píklad 1 - (veza 1) Do eaktoa vstupujú 2 móly dusíka a 6 mólov vodíka. V eaktoe pebeha exotemcká eakca so 100 pecetou kovezou dusíka. N 2 + 3 H 2 = 2 NH 3 Vypočítajte: a.rozsah eakce. b. Stupeň pemey vodíka. c.eoetcký ozsah eakce a teoetcké možstvá eaktatov. d. Koefcety adbytkov eaktatov. e. Látkové možstvo vystupujúcej plyej zmes a jej zložee. Odpoúčaý postup ešea píkladov z Mateálových blací.. Čítať zadae píkladu, aj ekoľkokát, veľm pozoe. Je vhodé s pedstavť každé slovo, slové spojee z textu píkladu do podoby obázkov, plé "faeb, pohybu a adost zo žvota" a "metálej obazovke a vytvoť s z ch celkový obaz. Na základe tejto vzuálej aalýzy a sytézy detfkovať počet zaadeí, všetky vstupujúce a vystupujúce púdy, počet blacovaých zložek a základ výpočtu. asfomovať takto získaé fomáce z textu píkladu do matematckých symbolov, hodôt, jedotek a vzťahov do lačej schémy. Zostavť mateálové blace a pomocé vzťahy, ešť teto blačý systém, oveť a ktckým "logckým okom" posúdť výsledky. Základ výpočtu: * Základ výpočtu je spavdla defovaý a vstupe esp. výstupe, buď ako možstvo púdu alebo zložky v púde. * P mateálových blacách s eakcou môže byť základom výpočtu aj ozsah eakce alebo zdojový čle zložky (možstvo zložky, ktoé vzke alebo zake v chemckej eakc) * Vzhľadom k jeho hodote sa dopočítavajú možstvá ezámych púdov a zložek. * V pípade, že základ výpočtu e je defovaý, je uté s ho volť. Spavdla a vstupe alebo výstupe, kde býva avac fomácí o blacovaom systéme.
lačá schéma: Poúkaá blačá schéma už s pedsthom "avzuje" zložkový "obazový" výstup z eaktoa. Naštudovaím "stučého teoetckého úvodu k mateálovým blacám s chemckou eakcou" sa k emu postupe pepacujeme aj v podobej číselej fome. 1 = x 1 = 1 1 - dusík REKOR 3 = 4 mol x 3C = 1 2 = 6 mol 3 vystupujúca plyá zmes x 2 = 1 2 - vodík Zložky: dusík eakčý púd (fktívy) N 3 H 2 NH 2 2 3 vodík a = 1 C - amoak stupeň pemey dusíka Pedložeý píklad sa dá počítať pomaly aj a "pštekoch"... Jeho jedoduchosť "využjeme" a postupé teoetcké a paktcké vysvetľovae základých pojmov, vzťahov, velčí a symbolov.
Stučý teoetcký úvod Stechometcká ovca Stechometcká ovca kvattatíve vyjaduje, v akých pomeoch elemetáych častíc (atómov, molekúl) zakajú eaktaty a vzkajú podukty počas chemckej eakce. Vyjaduje Záko zachovaa atómov, ktoé sa v chemckej eakc "estata", le sa "pemesta, peskupa" z eaktatov do poduktov. V eakc, ktoú uvádzam ako píklad, sa peskupa 2 atómy dusíka z jedej molekuly dusíka a 6 atómov vodíka z toch molekúl vodíka, do dvoch molekúl amoaku obsahujúce páve teto počet atómov. k stechometckú ovcu peásobíme vogadovou koštatou, tak záoveň vyjaduje aj v akých pomeoch látkových možstev (v móloch, klomóloch) zakajú eaktaty a vzkajú podukty počas chemckej eakce. N 3 H 2 NH 2 2 3 (P ozsahu eakce x = 1 mol) + eaktaty zakajú. (zakajú 4 móly...) podukt vzká. (vzkajú 2 móly) Záko stálych zlučovacích pomeov Zložky sa p chemckej eakc ezlučujú v ľubovoľých mólových pomeoch, ale v pese defovaých pomeoch látkových možstev, ktoé sú čísele vyjadeé pomeom ch stechometckých koefcetov ( ). N, eakca N N, eakca N H, eakca H 2 2 2 2 2 2 H, eakca H NH, eakca NH NH, eakca NH 2 2 3 3 3 3 Rýchlosť vzku zložky v chemckej eakc Rýchlosť vzku zložky je defovaá ako ozdel látkového možstva zložky a výstupe z eakce a a vstupe do eakce., výstup, vstup, eakca
Z defíce ýchlost vzku zložky potom vyplýva, že aj pomey ýchlost vzku zložek sú vyjadeé pomeom ch stechometckých koefcetov. plkujúc defícu ýchlost vzku zložky pe sytézu amoaku z dusíka a vodíka: N N, eakca N N N, eakca N H H, eakca H 2 2 2 2 2 2 2 2 2 H H, eakca H NH NH, eakca NH NH NH, eakca NH 2 2 2 3 3 3 3 3 3 Stechometcké koefcety zložek, ktoé počas eakce zakajú (eaktaty) sú zápoé a vzkajúcch zložek (podukty) kladé, čo je aj logcké, ak uvážme, že ýchlosť vzku eaktata je zápoá (eaktaty sa počas chemckej eakce spotebúvajú) a ýchlosť vzku poduktu kladá (podukty počas chemckej eakce vzkajú). = N2-1 = H2-3 C = NH3 2 Úpavou pedchádzajúceho vzťahu: N N N N H H 2 2 2 2 2 2 H H NH NH NH NH 2 2 3 3 3 3 N 2 H 2 2 2 3 a podeleím ýchlostí vzku zložek ch stechometckým koefcetam: NH N H NH 3 Zo vzťahu je zejmé, že ýchlosť vzku zložky podeleá jej stechometckým koefcetom je pe všetky zložky eakce koštatá a azýva sa: ozsahom eakce ýchlosťou eakce pe dskotuály (petžtý, vsádzkový) poces pe kotuály (epetžtý) poces., výstup, vstup
Rešee Na základe fomác zo zadae je uté sa ozhodúť, č sa výpočet zealzuje v jedotkách hmotost a hmotostých zlomkoch, alebo látkových možstvách a mólových zlomkoch. a. Výpočet ozsahu eakce N H 2 2 NH N H NH 2 2 3 3 Do eaktoa vstupujú 2 móly dusíka a dusík (eaktat) sa spotebuje a 100 %. Z uvedeého vyplýva, že z eaktoa evystúp žady dusík. N 2 N2, výstup N2, vstup 3 1 0 2 1 N N 2 2 Keďže ozsah eakce je pe všetky zložky daej eakce koštatý, ovakú hodotu musíme dostať aj keby sme počítal ozsah eakce cez vodík a amoak. Zo vzťahu: N 2 H 2 NH N H NH 2 2 3 3 N N 2 2 - pe duhý eaktat (vodík) a podukt (amoak) vyplýva, že: N N H H NH NH N N 2 2 2 2 3 3 2 2 N2 = N2 = -1 H2 = -3 NH3 = 2 - H2 = -6 mol NH3 = 4 mol H H 2 NH 2 NH 3 3 eóa potvdeá v pax...
Úpavou defčého vzťahu a výpočet ozsahu eakce môžeme vypočítať možstvo vodíka a výstupe z eaktoa. H 2 3 2 3 2 H 2 0 mol Výsledok je logcký, stačí s uvedomť, že a úplú spotebu dusíka (2 móly) je potebé podľa stechometckej ovce, aplkujúc Záko stálych zlučovacích pomeov, 6 mólov vodíka. Pese to možstvo, ktoé do eaktoa podľa zadaa vstupuje... alogckým postupom s vypočítame možstvo vzkutého poduktu - amoaku a výstupe zo zaadea (do zaadea evstupuje žady amoak): NH 3 3C 0 NH 3 0 C 3C C 4 mol 3 = 3 + 3 + 3C = 4 mol 3 = 0 mol 3 = 0 mol 3C = 4 mol Študet, obazová fomáca poúkutá vašm očam v blačej schéme pese koešpoduje s umecky vypočítaým hodotam. Pozámka : k do zaadea vstupujú eaktaty v tom stom pomee látkových možstev (vď fomáce zo zadaa) v akom aj eagujú (poz a stechometckú ovcu) ch stupeň pemey bude ovaký. V pípade, že zeagujú úple bude ch stupeň pemey ový jedej... ak ezeagujú úple, budú aj po eakc v tom stom pomee látkových možstev ako ped ňou. Posledej vete sa však čísele budeme veovať až v pípade, keď stupeň pemey lmtujúcej zložky bude meší ako jeda...
b. Stupeň pemey vodíka Stupeň pemey (koveza) eaktata Stupeň pemey je podel možstva eaktata spotebovaého v chemckej eakc k možstvu eaktata, ktoé do eakce vstupuje. m m m m m, zeag, vstup, výstup, zeag, vstup, výstup, vstup, vstup, vstup, vstup 0,1 Stupeň pemey sa vzťahuje a daý eaktat, e a eakcu ako ozsah eakce. Pe každý eaktat môže byť peto ôzy. Je logcky defovaý le pe eaktaty. plkujúc defčý vzťah a výpočet stupňa pemey vodíka:, zeag. 2 3, vstup 2 = 1 Kombácou defčých vzťahov a výpočet ozsahu eakce a stupňa pemey získame vzťah medz ozsahom eakce a stupňom pemey píslušého eaktata., vstup, výstup, vstup, výstup, vstup m, vstup, výstup, vstup, výstup, vstup M m m M Pepočtový vzťah:, vstup, vstup M m
Stupeň pemey vodíka môžeme vypočítať aj úpavou tohto vzťahu do podoby: 2 1 2 = 6 mol x = = -3 Pozámka : V pípade, že je zadaá koveza eakce (v %) a e stupeň pemey kokéteho eaktata, je koveza vzťahovaá a kľúčovú zložku (k), ktoá má byť vždy lmtujúcm eaktatom. Lmtujúc (kľúčový) eaktat Reaktat, ktoý sa spotebuje ako pvý, ak by eakca pebehla pe každý eaktat až do koca. Na základe jeho skutočej spoteby počas eakce sa potom dopočítava spoteba ostatých eaktatov a vzk poduktov. Každý eaktat má svoju chaaktestckú hodotu p ktoej by sa úple spoteboval., v stu p úto chaaktestckú hodotu (číslo) s môžeme pomeovať aj ako "teoetcký ozsah eaktata" a ozačť: Reaktat s ajmešou chaaktestckou hodotou je lmtujúcm eaktatom. Už podľa hodôt stupňov pemey eaktatov sa dá logcky usúdť, že lmtujúcm eaktatom sú oba eaktaty - dusík aj vodík, akoľko je ch stupeň pemey ovaký. Výpočtom s to le oveíme. 1 2
"Pozámka možo aj zápočet zachaňujúca...": k pozáme le látkové (hmotosté) pomey možstev eaktatov a vstupe do eakce (systému), môžeme a zstee lmtujúceho eaktata zvolť "pomocé (fktíve)" ľubovoľé látkové možstvo jedého z eaktatov. Hodota duhého "pomocého" látkového možstva eaktata potom vyplýva zo zámeho pomeu možstev eaktatov podľa zadaa píkladu. eto pomocé zvoleé možstvá slúža le a učee lmtujúceho eaktata. Hmotostý pome eaktatov je uté pepočítať a mólový cez mólové hmotost eaktatov!!!! Píklad: Do zaadea a výobu amoaku vstupujú dusík s vodíkom v mólovom pomee 1:4. Ktoý z ch je lmtujúcm eaktatom? Podľa zadaa pozáme le pome látkových možstev eaktatov, e ch skutočé možstvá a vstupe. ko "pomocé" možstvo dusíka ech je zvoleých 10 mólov. Zo zámeho pomeu a vstupe potom vyplýva, že "pomocé" možstvo vodíka je 40 mólov. Výpočtom chaaktestckých hodôt eaktatov sa dozveme, ktoý eaktat je lmtujúc (kľúčový). pomoc N 10 N 1 2 2 pomoc H 40 H 3 2 2 10 mol 13.333 mol Lmtujúcm eaktatom je dusík a jeho stupeň pemey bude vačší ako stupeň pemey vodíka, ktoý je v adbytku.
c.eoetcký ozsah eakce a teoetcké možstvá eaktatov eoetcký ozsah eakce eoetcký ozsah eakce je maxmálym možým ozsahom eakce, keď sa lmtujúc (kľúčový) eaktat v daej eakc úple spotebuje (a k = 1). k,vystup k,vstup k,vstup k,vstup 0 k k k m /M k,vstup k,vstup k k k eoetcký ozsah eakce je peto možé vypočítať le postedíctvom "teoetckého možstva eaktata". eoetcké možstvo eaktata eoetcké možstvo eaktata je také možstvo lmtujúceho eaktata, ktoé by sa spotebovalo v eakc úple. (a k = a = 1) Z uvedeého vyplýva, že: V pípade lmtujúceho eaktata je jeho skutoče pvedeé možstvo do systému a teoetcké možstvo ovaké., vstup = k,vstup =, vstup m, vstup = m k,vstup = m, vstup Pe eaktaty, ktoé sú v adbytku, je teoetcké možstvo meše ako skutoče, m pvedeé možstvo do eakce (systému).,vstup >, vstup m,vstup > m, vstup V ašom pípade sú dva lmtujúce eaktaty - dusík a vodík, a peto je možé pomocou oboch z ch vypočítať teoetcký ozsah eakce, akoľko pozáme ch vstupujúce možstvá, ktoé sú peto záoveň aj ch teoetckým možstvam. 1 2 1 = 1 = = -1 2 = 2 = = -3 6 mol
eoetcké možstvá eaktatov (dusíka a vodíka) s vypočítame z úpavy vzťahu a výpočet teoetckého ozsahu eakce. 1 2 x = = -1 6 mol x = 6 mol = -3 d.koefcety adbytkov eaktatov. Koefcet adbytku eaktata Koefcet adbytku eaktata je defovaý ako podel skutočého možstva eaktata vstupujúceho do eakce (systému) k teoetckému možstvu eaktata. k, vstup, vstup m k je eaktat lmtujúcou (kľúčovou) zložkou je koefcet adbytku lmtujúceho eaktata ový jedej bez ohľadu a to, aký je jeho stupeň pemey. Koefcet adbytku ekľúčovej (elmtujúcej) zložky je vždy väčší ako jeda. k k m k k 2 1 2 1 6 1 6 2 Výsledky teóu le potvdzujú...
e. Látkové možstvo vystupujúcej plyej zmes a jej zložee. Látkové možstvo vystupujúcej plyej zmes a jej zložee sa dopočítajú z mateálovej blace eaktoa. V pípade blacovaa látkového možstva môže byť celkové možstvo mólov eaktatov a poduktov v chemckej eakc kladé, zápoé alebo ulové. Vo všeobecost teda eplatí, že počet mólov vstupujúcch do eakce (eaktaty) sa ová počtu vzkutých mólov (podukty). Čle (eakčý čle, zdojový čle) v celkovej mateálovej blac doováva ľavú a pavú stau ovce. Môže byť kladý, zápoý, alebo ulový. Závsí to od chemckého pocesu opsaého píslušou stechometckou ovcou. N 3H 2NH 2 2 3 C C 1 3 2 2 = -4 mol V pípade, že by sme blacoval systém v jedotkách hmotost, je teto čle (m ) ulový. Vyplýva to zo zákoa zachovaa hmotost (výmkou sú jadové eakce). Platí totž Záko zachovaa atómov. e sa "estata", le sa "popesúvajú" v chemckej eakc z eaktatov do poduktov... N 3H 2NH 2 2 3 m m m C M M M C C 1 M 3 M 2 M m 0 C m m m mc M M C MC M = M = 28 g/mol 2 g/mol m = 0 g M C = 17 g/mol Hmotost jedotlvých zložek = -1 vzkajúcch a zakajúcch v eakc = -3 e sú ulové, le ch súčet... C = 2 x =
Mateálová blaca eaktoa: Zložee vystupujúceho púdu s dopočítame 1 + 2 + = 3 z mateálovej blace jedotlvých zložek. : 1 *x 1 + *x = 3 x 3 1 = 1 = = -1 : 2 x 2 + * x = 3 x 3 2 = 2 = 6 mol = -3 C: C *x = 3 x 3C x = C = 2 = - 2*x Mateálová blaca eaktoa sa môže pepísať (ak ám to tak lepše vyhovuje) do tabuľkovej fomy: Púdy 1 2 3 Zložee vystupujúceho púdu: Zložky : N 2 1 *x 1 *ξ 3 *x 3 x 3 = 0 2-2 0 : H 2 2 *x 2 *ξ 3 *x 3 x 3 = 0 6-6 0 C: NH 3 C *ξ 3 *x 3C x 3C = 1 4 4 S 1 1 3 2 6-4 4 Pozámka: Na výstupe zo sytému môžu byť teoetcky všetky blacovaé zložky, ktoé do eho vstupujú alebo sú poduktam eakčého pocesu. Č aj paktcky, posúdme podľa fomác vyplývajúcch zo zadaa a ásledých "mateálových" výpočtov.
M - 2 : Píklad 1 - (veza 2) Do eaktoa vstupujú 2 móly dusíka a 6 mólov vodíka. V eaktoe pebeha exotemcká eakca s 50 pecetou kovezou. N 2 + 3 H 2 = 2 NH 3 Vypočítajte: a.rozsah eakce a stupeň pemey oboch eaktatov b.eoetcký ozsah eakce a teoetcké možstvá eaktatov. c. Koefcety adbytkov eaktatov. d. Látkové možstvo vystupujúcej plyej zmes a jej zložee. lačá schéma: Poúkaá blačá schéma už vykesľuje "výstupú" budúcosť z eaktoa. K jej číselému "dôkazu" sa postupe pepacujeme. 1 = x 1 = 1 1 - dusík REKOR 2 = 6 mol 3 vystupujúca plyá zmes x 2 = 1 2 - vodík 3 = 6 mol x 3 = 0.166667 x 3 = 0.5 x 3C = 0.333333 Zložky: dusík vodík C - amoak eakčý púd (fktívy) Koveza eakce je 50 % - á. Stupeň pemey lmtujúcej zložky je 0.5 a k = 0.5
Rešee Na základe fomác zo zadae je uté sa ozhodúť, č sa výpočet zealzuje v jedotkách hmotost a hmotostých zlomkoch, alebo látkových možstvách a mólových zlomkoch. a. Výpočet ozsahu eakce a stupňov pemey eaktatov N H NH, vstup, eakt. 2 2 3 N H NH 2 2 3 Stupeň pemey lmtujúcej zložky je 0.5 Do eaktoa vstupujú 2 móly dusíka a 6 mólov vodíka. Koveza eakce je 50 % - á. V pípade, že je zadaá koveza eakce (v %) a e stupeň pemey kokéteho eaktata je koveza eakce vzťahovaá a kľúčovú zložku (k), ktoá má byť vždy lmtujúcm eaktatom. Študet, opäť ppomíam : k do zaadea vstupujú eaktaty v tom stom pomee látkových možstev (vď fomáce zo zadaa) v akom aj eagujú (kuk a stechometckú ovcu) ch stupeň pemey bude ovaký. V pípade, že zeagujú úple bude ch stupeň pemey ový jedej... ak ezeagujú úple, budú aj po eakc v tom stom pomee látkových možstev ako ped ňou. Petože ám do eaktoa vstupujú oba eaktaty v tom stom pomee látkových možstev (fo zo zadaa) 1 2 2 1 6 3 v akom aj eagujú (fo zo stechometckej ovce), N 3 H 2 N H N H 2 2 3 N 1 1 3 3 2 2 H 2 2 Záoveň aj ch pome látkových možstev po eakc musí byť ovaký... je ch stupeň pemey ovaký ( a = a = 0,5) a oba musa byť záoveň aj lmtujúce (kľúčové) eaktaty.
Výpočtom ch chaaktestckých hodôt, p ktoých by oba eaktaty úple zeagoval, keby eakca pebehla pe každý z ch až do koca, s to oveíme. 2 1 1 6 2 3 Oba eaktaty sú lmtujúce... Rozsah eakce sa vypočíta zo vzťahu medz ozsahom eakce a stupňom pemey píslušéhe eaktata. 1 = 1 1 mol = -1 2 = 6 mol 2 = -3 1 mol a = 0.5 a = 0.5 b.eoetcký ozsah eakce a teoetcké možstvá eaktatov eoetcký ozsah eakce eoetcký ozsah eakce je maxmálym možým ozsahom eakce, keď sa lmtujúc (kľúčový) eaktat v daej eakc úple spotebuje (a k = 1). 0 k,vystup k,vstup k,vstup k,vstup k k k m /M k,vstup k,vstup k k k eoetcký ozsah eakce je peto možé vypočítať le postedíctvom "teoetckého možstva eaktata". eoetcké možstvo eaktata eoetcké možstvo eaktata je také možstvo lmtujúceho eaktata, ktoé by sa spotebovalo v eakc úple. (a k = a = 1), m
Z uvedeého vyplýva, že: V pípade lmtujúceho eaktata je jeho skutoče pvedeé možstvo do systému a teoetcké možstvo ovaké., vstup = k,vstup =, vstup m, vstup = m k,vstup = m, vstup Pe eaktaty, ktoé sú v adbytku, je teoetcké možstvo meše ako skutočé pvedeé možstvo do eakce (systému).,vstup >, vstup m,vstup > m, vstup V ašom pípade sú dva lmtujúce eaktaty - dusík a vodík, a peto je možé pomocou oboch z ch vypočítať teoetcký ozsah eakce, akoľko pozáme ch vstupujúce možstvá, ktoé sú teaz záoveň aj ch teoetckým možstvam. 1 = 1 = = -1 2 = 2 = 6 mol = -3 eoetcké možstvá eaktatov (dusíka a vodíka) s vypočítame z úpavy vzťahu a výpočet teoetckého ozsahu eakce. 1 2 1 2 d.koefcety adbytkov eaktatov. 2 1 2 3 6 mol Koefcet adbytku eaktata x = = -1 x = = -3 Koefcet adbytku eaktata je defovaý ako podel skutočého možstva eaktata vstupujúceho do eakce (systému) k teoetckému možstvu eaktata. k, vstup k je eaktat lmtujúcou (kľúčovou) zložkou je koefcet adbytku lmtujúceho eaktata ový jedej bez ohľadu a to, aký je jeho stupeň pemey. Koefcet adbytku ekľúčovej (elmtujúcej) zložky je vždy väčší ako jeda. k k m, vstup m k k 2 1 2 1 6 1 6 2 Výsledky teóu le potvdzujú...
e. Látkové možstvo vystupujúcej plyej zmes a jej zložee. Látkové možstvo vystupujúcej plyej zmes a jej zložee sa dopočítajú z mateálovej blace eaktoa. V pípade blacovaa látkového možstva môže byť celkové možstvo mólov eaktatov a poduktov v chemckej eakc kladé, zápoé alebo ulové. Vo všeobecost teda eplatí, že počet mólov vstupujúcch do eakce (eaktaty) sa ová počtu vzkutých mólov (podukty). Čle (eakčý čle, zdojový čle) v celkovej mateálovej blac doblacováva ľavú a pavú stau ovce. Môže byť kladý, zápoý, alebo ulový. Závsí to od chemckého pocesu opsaého píslušou stechometckou ovcou. N 3H 2NH 2 2 3 C C 1 3 2 2 = - V pípade, že by sme blacoval systém v jedotkách hmotost, je teto čle (m ) ulový. Vyplýva to zo zákoa zachovaa hmotost (výmkou sú jadové eakce). Platí totž Záko zachovaa atómov. e sa "estata", le sa "popesúvajú" v chemckej eakc z eaktatov do poduktov... N 3H 2NH 2 2 3 m m m C M M M C C 1 M 3 M 2 M m 0 C m m m mc M M C MC M = M = 28 g/mol 2 g/mol m = 0 g M C = 17 g/mol Hmotost jedotlvých zložek = -1 vzkajúcch a zakajúcch v eakc = -3 e sú ulové, le ch súčet... C = 2 x = 0 mol
Mateálová blaca eaktoa: Zložee vystupujúceho púdu s dopočítame 1 + 2 + = 3 z mateálovej blace jedotlvých zložek. : 1 *x 1 + *x = 3 x 3 1 = 1 = = -1 : 2 x 2 + * x = 3 x 3 2 = 2 = 6 mol = -3 C: C *x = 3 x 3C x = 1 mol C = 2 = - 2*x - Mateálová blaca eaktoa v tabuľkovej fome: Púdy 1 2 3 Zložee vystupujúceho púdu: Zložky : N 2 1 *x 1 *ξ 3 *x 3 x 3 = 0.167 2-1 1 : H 2 2 *x 2 *ξ 3 *x 3 x 3 = 0.5 6-3 3 C: NH 3 C *ξ 3 *x 3C x 3C = 0.333 2 2 S 1 1 3 1 / 2 = 1/3 2 6-2 6 / = 1/3!!! 3 / 3 = 1/3 Pome látkových možstev eaktatov a vstupe do systému je v tom stom mólovom pomee v akom podľa stechometckej ovce aj eagujú. Keďže lmtujúca zložka ezeaguje úple aj a výstupe zo systému musa byť oba eaktaty v tom stom pomee látkových možstev ako a vstupe. Posledá veza tohto píkladu sa bude sažť modelovať beže používaú "mateálovo-blačú" výpočtovú pax... Pvé dve "poúkuté" veze vám mal poskytúť teoetcké základy pe úspešé zvládute jedoduchých mateálových blací s chemckou eakcou (eakcam).
M - 2 : Píklad 1 - (veza 3) Do eaktoa vstupujú 2 móly dusíka a 8 mólov vodíka. V eaktoe pebeha exotemcká eakca s 50 pecetou kovezou. N 2 + 3 H 2 = 2 NH 3 Vypočítajte: a.rozsah eakce. b. Stupeň pemey eaktatov. c.eoetcký ozsah eakce. d.eoetcké možstvá eaktatov a ch koefcety adbytkov. e. Látkové možstvo vystupujúcej plyej zmes a jej zložee. lačá schéma: 1 = x 1 = 1 3 =? mol 1 - dusík x 3 =? REKOR x 3 =? x 3C =? 2 = 8 mol 3 vystupujúca plyá zmes x 2 = 1 2 - vodík =? mol Zložky: dusík vodík C - amoak eakčý púd (fktívy) Koveza eakce je 50 % - á. (stupeň pemey lmtujúcej zložky a k = 0.5 )
Rešee Na základe fomác zo zadae je uté sa ozhodúť, č sa výpočet zealzuje v jedotkách hmotost a hmotostých zlomkoch, alebo látkových možstvách a mólových zlomkoch. 1. kok výpočtu Zostavee mateálovej blace lačá schéma poskyte potebé fomáce a zostavee mateálovej blace. Stechometcká ovca (ovce) je dôležtá p zápse zdojových čleov (pozte a stĺpec ) eaktatov a poduktov do mateálovej blace. Mateálová blaca eaktoa (pvý pohľad): Púdy 1 2 3 1 = Zložky x 1 = 1 : N 2 1 *x 1 (-1)*ξ 3 *x 3 = -1 2?? 2 = 8 mol : H 2 2 *x 2 (-3)*ξ 3 *x 3 x 2 = 1 8?? = -3 C: NH 3 2*ξ 3 *x 3C x =? mol?? C = 2 S 1 1 3 = - 2*x 2 8?? Stechometcká ovca: N 3 H 2 NH 2 2 3 1 3 2 2 Pozámka: Študet, úpme vám odpoúčam, aby ste s automatcky vedľa blace eaktata apísal záoveň aj vzťahy medz ozsahom eakce a stupňom jeho pemey, a teoetckým ozsahom eakce a teoetckým možstvom eaktata (vtedy je stupeň pemey eaktata ový samozejme jedej). Nemusa byť p počítaí ektoých píkladkov potebé, avšak p ých vám veu môžu aj "zápočet" zacháť..., p, p "eoetcká" koveza (stupeň pemey) lmtujúceho eaktata sa vtedy ová 1... a = 1 Keďže máme v zadaí píkladu fomáce o možstve eaktatov a vstupe do systému, je možé zstť lmtujúc eaktat.
2. kok výpočtu Zstee lmtujúceho eaktata Učee lmtujúceho eaktata je možé a základe fomác zo zadaa. Pozáme vstupé látkové možstvá oboch eaktatov a ebude poblémom s čísele zstť chaaktestcké hodoty látkových možstev oboch eaktatov p ktoých by úple zeagoval, keby eakca pebehla pe každý z ch až do koca. Výpočet chaaktestckých hodôt látkových možstev eaktatov 1 2 1 = = -1 2 = 2.667 mol = -3 8 mol Z chaaktestckých hodôt eaktatov vyplýva, že lmtujúcm eaktatom je dusík a vodík je v adbytku vzhľadom a svoje teoetcké možstvo. Keďže koveza eakce sa vzťahuje a lmtujúcu (kľúčovú) zložku, je stupeň pemey dusíka ový kovez eakce a stupeň pemey vodíka je meší ako stupeň pemey dusíka. a = 0.5 a < a 3. kok výpočtu Výpočet ozsahu eakce Na výpočet ozsahu eakce sa može použť vzťah medz ozsahom eakce a stupňom pemey dusíka. 1 = 1 x 1 = 1 1 mol = -1 1 = 1 *x 1 = a = 0.5 4. kok výpočtu Výpočet eakčého člea a zdojových čleov eaktatov a poduktov Reakčý čle: 2 - x = 1 mol Zdojové čley: 1 3 C 2-1 mol -3 mol
5. kok výpočtu Mateálová blaca eaktoa: Mateálovú blacu s dopočítame dosadeím už doteaz zámych hodôt a dopočítaím zvyšých z celkovej mateálovej blace a blací jedotlvých zložek... Záme už to hodoty... Púdy 1 2 3 1 = Zložky x 1 = 1 : N 2 1 *x 1 (-1)*ξ 3 *x 3 = -1 2-1 1 2 = 8 mol : H 2 2 *x 2 (-3)*ξ 3 *x 3 x 2 = 1 8-3 5 = -3 C: NH 3 2*ξ 3 *x 3C x = 1 mol 2 2 C = 2 S 1 1 3 = - 2*x - 2 8-2 8 Zložee vystupujúceho púdu: x 3 = 3 / 3 = 0.125 x 3 = 3 / 3 = 0.625 6. kok výpočtu Stupeň pemey (koveza) vodíka x 3C = 3C / 3 = 0.25 Stupeň pemey vodíka sa može vypočítať buď úpavou vzťahu medz ozsahom eakce a stupňom pemey daého eaktata alebo z defčého vzťahu pe kovezu eaktata. 2 2 0.375, eac 2 3, p 2 = 0.375
7. kok výpočtu eoetcké možstvá eaktatov a ch koefcety adbytkov eoetcký ozsah eakce eoetcký ozsah eakce je maxmálym možým ozsahom eakce, keď sa lmtujúc (kľúčový) eaktat v daej eakc úple spotebuje (a k = 1). k,vystup k,vstup k,vstup k,vstup 0 k k k m /M k,vstup k,vstup k k k eoetcký ozsah eakce je peto možé vypočítať le postedíctvom "teoetckého možstva eaktata". eoetcké možstvo eaktata eoetcké možstvo eaktata je také možstvo lmtujúceho eaktata, ktoé by sa spotebovalo v eakc úple. (a k = a = 1), m Z uvedeého vyplýva, že: V pípade lmtujúceho eaktata je jeho skutoče pvedeé možstvo do systému a teoetcké možstvo ovaké., vstup = k,vstup =, vstup m, vstup = m k,vstup = m, vstup Pe eaktaty, ktoé sú v adbytku, je teoetcké možstvo meše ako skutočé pvedeé možstvo do eakce (systému).,vstup >, vstup m,vstup > m, vstup V ašom pípade je lmtujúcm eaktatom dusík a pomocou jeho vstupujúceho látkového možstva, ktoé je záoveň aj jeho teoetcké možstvo, s vypočítame teoetcký ozsah eakce. 1 1 = 1 = = -1
eoetcké možstvá oboch eaktatov sú potom: 1 2 6 mol Koefcet adbytku eaktata Koefcet adbytku eaktata je defovaý ako podel skutočého možstva eaktata vstupujúceho do eakce (systému) k teoetckému možstvu eaktata. k k je eaktat lmtujúcou (kľúčovou) zložkou je koefcet adbytku lmtujúceho eaktata ový jedej bez ohľadu a to, aký je jeho stupeň pemey. Koefcet adbytku ekľúčovej (elmtujúcej) zložky je vždy väčší ako jeda. k k, vstup 1 1 2 2 k k m, vstup m 1 1 = 1 = 2 = 8 mol 1.333 2 = 6 mol