Berechnung von Bilanzen chemischer Reaktionen mit Festwerten der Reaktionsfortschritte

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1 Beechug vo Blaze chemche Reatoe mt Fetwete de Reatofotchtte Ncht jedem Falle wd dem Ablauf ee chemche Reato da Glechgewcht zugude gelegt, ode e oll mt Fetwete de Reatofotchtte geechet wede. De a be Aahme ee chaatetche Abwechug vom Glechgewcht de Fall e, de a abe auch be de Beechug de Gezfälle patch volltädge bzw. patch ga cht ablaufede Reatoe vewedet wede. Wähed fü efache Reatoe de Fetlegug de -Wete mt de Bedgug bzw. volle -Wete be gegebee -Wete efache Wee efolge a, ewet ch de be omplee Reatoe al uübechtlche. He a de Fetlegug de mmal möglche Stoffmege-Afagwete be vogegebee Fetwete de Reatofotchtte mt Hlfe de Blazbezehug, m efolge, dem fü de atuelle Stoffwete de Gezwete Null geetzt wede. Da egbt ch, m De Klafzeug de Kompoete t edeutg u fü de alle auf de le Sete de Reatoglechuge (Reatoedute) bzw. de alle auf de echte Sete (Reatopodute) ode ga cht de Glechug tehede, abe m Sytem vohadee Kompoete (ubetelgte Stoffe) möglch. De jewelge Zuodug de auf bede Sete de Reatoglechug voommede Kompoete t mt Hlfe de he dutete Bezehuge möglch. Se wd duch da Vozeche de beechete betmmt, m umzuetzede Reatopate ode Edute, m ehältlche Reatopodute (fü wetee Nutzug t zu etze ), m ubetelgte Stoffe (alle, m ; 1,..., R ), m ch ompeeede Stoffe (, abe ;, 1,..., R ; u be omplee Reatoe) Sch ompeeede Stoffe d atugemäß u be de omplee Reatoe möglch, wähed de Zuodug de adee Type auch fü efache Reatoe det awedba t. Fü de Reatopodute t fü de wetee Blazechuge zu etze. Mt de getoffee Fetlegu-, m 1

2 ge wede de Stoffmege alle Reatoedute be Ablauf de Reato b zu de gewählte Reatofotchtte glechemaße Null, d. h. dee Stuato etpcht eem töchometche Vehält. De Stoffmege de Reatopodute ehme etpeched zu. De Zuodug de Kompoete zum jewelge Typ t au dem Pogammytem KOMPLEX ute Put "Themodyamche Aalye" zu etehme. Be fetgelegte -Wete öe de ezele Afagtoffmege de Reatoedute u vegößet wede. Übe etpechede Vehältbldug be de ud de a abe ee Vechebug zu eue Mmalwete bede Rchtuge efolge, m, m A A (j Reatoedute, de be -Vaato zuet glech Null wd) 1 j, m j, m Mttel duchgägge Wahl vo 1 mol fü alle 1,..., R efolgt de Blazechug fü ee Fomelumatz de omplee Reatoytem ud glechzetg fü je ee Fomelumatz jede ezele Reato, m 1 mol Al Bepel a folgede Reatoytem au 4 uabhägge Reatoe dee (T = K; p = 11.5 Pa) g J mol R o 1 ur1: CO CO + C(S) ur: H O + CO H + CO ur: CH 4 + CO H + CO ur4: CH 4 + O H O + CO -879 K, K, 1 6 K, K, K, 4 1 Da Reatoblazchema lautet fü jede Kompoete de Sytem

3 wa he bedeutet Komp. Blaz 1 CH O 4 N 4 H H O CO CO S S 8 C(S) Mat de töchometche Fatoe Komp. \ 1 R1 R 4 R 5 4 R 6 CH O N H 4 1 H O CO CO CS Su Damt egbt ch mt da Beechugchema fü de Komp. ( ), m, m CH 4 1, m 4 O, m 4 N, m 4 H 4, m 5 H O 5, m 4 6 CO 6, m 1 7 CO 7, m 1 4, m, m

4 S 8 C(S) 8, m 1 Be (wllülche) Vogabe de Wete de Reatofotchtte, z. B. gemäß 1 4 mol folgt ach Eetze da Blazchema fü de Mmalwete de Afagtoffmege S mol m Damt egebe ch he folgede Kompoetezuoduge Reatoedute Stoffe 1 (CH 4 ), (O ) Reatopodute Stoffe 4 (H ), 5 (H O), 6 (CO), 7 (CO ), 8[(C(S)] Ubetelgte Stoffe Stoff (N ) wobe de duch de Blaz efolgte Zuodug duch Uteteche etlch gemacht wd. Nach Ablauf de ageommee Reato d alle Stoffmege göße ode glech Null S mol Al Stoffmegeädeuge folge daau S mol

5 Soll po Fomelumatz geechet wede, t 1 mol 1,..., R vozugebe (töchometche Fall). De füht übe zu 1 4 mol S mol m Im töchometche Falle egebe ch folgede Kompoetezuoduge Reatoedute Stoffe 1 (CH 4 ), (O ), 6 (CO) Reatopodute Stoffe 4 (H ), 5 (H O), 7 (CO ), 8[(C(S)] Ubetelgte Stoffe Stoff (N ) Nach Ablauf de ageommee Reato d alle Stoffmege wedeum göße ode glech Null S mol 1 1 ud al Stoffmegeädeuge folge daau S mol Blazbeechuge mt vogegebee Fetwete vo öe auch fü de Betachtug de Geztuatoe patch volltädg ode patch ga cht ablaufede Reatoe geutzt wede, de da auch fü de Emttlug themodyamche Futoe de eageede Sytem Vewedug fde öe. Im betachtete Bepel zege de mt agegebee fee Gudeatoethalpe, da etee auf de R o uabhägge g 5

6 Reatoe ur1, ur ud ur4 zutfft, wähed da Glechgewcht ur gäzlch auf de Sete de Edute vechobe t. I deem Falle a mt de Fetleguge 1 4 mol ach Eetze da Blazchema fü de Mmalwete de Afagtoffmege folgede Dateatz ehalte wede S mol m E gelte al Kompoetezuoduge Reatoedute Stoffe 1 (CH 4 ), (O ), 6 (CO) Reatopodute Stoffe 4 (H ), 5 (H O), 7 (CO ), 8 [(C(S)] Ubetelgte Stoffe Stoff (N ) Nach Ablauf de zugudegelegte Reatoe d alle Stoffmege wede göße ode glech Null S V mol ud e folge daau de Stoffmegeädeuge S mol Wede de (Gez-) Wete fü V V de Glechuge fü de Glechgewchtotate egeetzt, egebe ch folgede Reultate 6

7 urt. 1 4 K, we de auf Gud de fee Gudeatoethalpe zu ewate t. Wd augehed vo dem Satz de Mmalafagtoffmege ee Vaato de () bepelwee auf Gud techologche Radbedguge vogeomme, ttt be fete -Wete m Nomalfall cht meh de gefodete Efüllug de Gezbedguge fü alle Glechgewchtotate auf. Bepelwee folge mt 1 4 mol ud gewähltem Statput S m mol de Edtoffmege ud Gaphaetoffmegeatele S mol V S 8 E folge daau de Stoffmegeädeuge S mol De Kotate ehme da abe edlche Wete a V 7

8 urt. 1 4 K, 5.18 Jetzt müe de zumdet telwee vaet wede. Ahad de Stoffmegeblazchema t de efache Wee duch Pobee möglch. Ee automatete Beechug chetet daa, da de Zahl de voll vogebbae, d. h. de m Gezfall zu Null wedede Stoffmege de Reatoedute cht mt de Zahl de vaebae Reatofotchtte übeetmmt Komp. ( voll möglche Vogabe; 4 -Wete), m CH 4 f 1 1, m 4 O, m 4 N?, m H? 4, m 5 H O? , m 4 6 CO 6, m 1 7 CO? 6.5 7, m 1 4 S 8 C(S)? Damt folge da üblche Wee mt 8, m mol ud dem gegebee Statput de Beechug [Vogabeedute 1 (CH 4 ), (O ), 6 (CO)] al Stoffmege ach de Reato m Gezfall 8

9 S mol V S 8 E folge daau de Stoffmegeädeuge S mol ud de Kotate ehme da wede de ewatete Gezwete a urt. 1 4 K, V Wd chleßlch fü de Reato ur de Rchtug umgeeht betachtet, lege alle Reatoe al patch volltädg velaufed vo. Da folgt fü ee Fomelumatz de omplee Reato ud glechzetg ee ageommee volltädge Fomelumatz fü jede Reato mttel 1 4 mol al Statput m töchometche Vehält S mol m ud damt folgede Kompoetezuoduge 9

10 Reatoedute Stoffe (O ), 4 (H ), 6 (CO) Reatopodute Stoffe 5 (H O), 7 (CO ), 8 [(C(S)] Ubetelgte Stoffe Stoff (N ) Sch ompeeede Stoffe Stoff 1 (CH 4 ) mt de Beodehet ee ch de gegebee Stuato ompeeede Stoffe. Nach Ablauf de zugudegelegte Reatoe d alle Stoffmege wede göße ode glech Null S mol ud e folge daau de Stoffmegeädeuge S mol De Kotate ehme da folgede Gezwete a urt. 1 4 K, De Blazbezehuge efode cht we de Glechgewchtbeechuge de Bezugahme auf de uabhägge Reatoe. E öe alle betachtete Reatoe zwche de Kompoete heagezoge wede. Im he dutete Bepel öte e ch um folgede Reatoe hadel R1: CO CO + C(S) R: H + CO HO + C(S) -914 R: CH4 + HO H + CO R4: H O + CO H + CO R o g mol K, Gl mol ur ur 1

11 R5: CH 4 + CO H + CO R6: CH 4 + O H O + CO -879 R7: O + H HO ur ur (Fettchft: e möglche Satz vo 4 uabhägge Reatoe) Da egbt ch folgede Beechugchema 1 4, m mol: 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 (E Fomelumatz) mol mol mol: 1, 1,, 1,, 1, 1 (Smulato de Glechgewcht) mol, Gl mol, m, m 1 CH 4 1 (1 ) 1, m 5 6 O ( ), m 6 7 N ( ), m 4 H (-) ( 1) 4, m H O 5, m (-) (-4) 4 ( 1) 6 CO 1 4 ( ) 6, m CO (-) (-) ( ) 7, m S 8 C(S) (-) - ( 1) 8, m 1 (u de 4 uabhägge Reatoe ) (ehe vohe dutete Bepel) 11

12 Al e wetee Bepel öe de Reatoe de Methylamythee dee, de bepelwee mt 1 bmoleulae Reatoe bechebe wede a R o g J mol 1 K mol R1: CH OH + NH CH NH + H O R: CH OH + CH NH (CH ) NH + H O R: CH OH + (CH ) NH (CH ) N + H O R4: CH NH (CH ) NH + NH R5: (CH ) NH CH NH + (CH ) N R6: CH NH + (CH ) NH (CH ) N + NH R7: CH OH (CH ) O + H O R8 (CH ) O + NH CH OH + CH NH R9 (CH ) O + NH (CH ) NH + H O R1 CH NH + (CH ) O CH OH + (CH ) NH Mat de töchometche Fatoe de Methylamythee-Reatoe Komp \ R1 R R R 4 R 5 R 6 R 7 R8 R 9 R1 CH OH CH NH CH O CH NH CH N H O NH , Gl Af (Fettduc: e möglche Satz vo 4 uabhägge Reatoe dee Sytem) Mat ee Satze uabhägge Reatoe Komp \ 1 R1 R 4 R 6 4 R 7 CH OH 1 1 CH NH 1 1 CH O 1 1 CH NH CH N H O NH

13 Daau egbt ch folgede Beechugchema , m R: 1,,, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1 mol: 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 (E Fomelumatz) mol mol, m 1 mol 1 CH OH 1, m CH NH, m (CH ) O, m (CH ) NH 4, m () 5 (CH ) N (-) 5, m H O (-5) 5 6, m NH 1 7, m Damt egebe ch he folgede Kompoetezuoduge Reatoedute Stoffe 1 (CH OH), (CH NH ), [(CH ) O], 7 (NH ) Reatopodute Stoffe 5 [(CH ) N], 6 (H O) Sch ompeeede Stoff Stoff 4 [(CH ) )NH] (Utetche: e möglche Satz vo 4 uabhägge Reatoe) 1

14 Fü da Beechugchema ee Satze uabhägge Reatoe (he R1, R4, R6, R7) egbt ch ur: 1 (R1), (R4), (R6), 4 (R7) mol: 1, 1, 1, 1 (E Fomelumatz) mol mol, m , m 1 mol 1 CH OH 1, m 1 4 CH NH, m 1 (CH ) O (-1) 1, m 4 4 (CH ) NH () 4, m 5 (CH ) N (-1) 1 5, m 6 H O (-) 6, m NH (-1) 1 7, m 1 Damt folge he al Kompoetezuoduge Reatoedute Stoffe 1 (CH OH), (CH NH ) Reatopodute Stoffe [(CH ) O], 5 [(CH ) N], 6 (H O), 7 (NH ) Sch ompeeede Stoff Stoff 4 [(CH ) )NH] Jewel zu beachte t, da atelle m Pogammytem KOMPLEX mt eem Stoffmege-Gezwet vo 1, Gz 1 1 mol geechet wd (Null a abe egegebe wede). Daübe hau t zu beücchtge, da m Falle vo ee fete (ode flüge) Phae volegede Zuatzompoete [we he m Bepel de al Gapht volegede Kohletoff C(S)] e Wet göße al Null egegebe wede mu [z. B. 1-9 ]. De Beechug de zu eem -Dateatz gehöge Mmalafagtoffmege t m Pogamm KOMPLEX m Zuammehag mt de Wetevogabe fü de möglch. De he agegebee Bepele öe mt de begefügte Tetpojete mat_7.pj6 ud am_1.pj6 achgeechet wede. 14