[科普中國]-平衡濃度

平衡濃度指平衡狀態(tài)時，在溶液中存在的每種型體（species）的濃度，以符號[ ]表示,有的也用 c( ) 表示.例如一元弱酸（HX）在溶液中以HX和X-兩種形式存在，兩種型體的平衡濃度分別為[HX]和[X-].

表示平衡濃度一般以方括號[ ]表示，純液體平衡濃度可視為1。

一元弱酸弱堿溶液中，以HAc為例，設(shè)總濃度為c，在水溶液中HAc以HAc和Ac-兩種形式存在，則：

c=[HAc]+[Ac-] 或c=c(HAc)+c(Ac-)

有關(guān)公式平衡常數(shù)計算：

aA(g) +bB(g)===一定條件=== eE(g) + dD(g) K = [E]^e * [D]^d / [A]^a * [B]^b

HCl干式凈化過程平衡濃度計算及其應(yīng)用利用固體產(chǎn)物生成的能耗分析，在傳統(tǒng)的熱力學(xué)平衡公式中加入修正項，計算HCl氣體在利用石灰類吸收劑對其進行干式凈化過程中的平衡濃度，首次提出氣固反應(yīng)過程中反應(yīng)氣體的平衡濃度隨著固體反應(yīng)率的增大而上升的概念。計算結(jié)果表明：吸收劑在達到一定的反應(yīng)率以后，HCl的平衡濃度隨溫度的上升而下降。利用平衡濃度隨反應(yīng)率和溫度的變化特征可以解釋傳統(tǒng)的熱力學(xué)平衡式所不能解釋的一些實驗現(xiàn)象，并可以利用平衡濃度來預(yù)測利用鈣基吸收劑干式凈化焚燒爐排煙中HCl的凈化效率和吸收劑用量。預(yù)測結(jié)果可以判斷干式凈化的使用范圍、局限性和改進方向。1

影響HCl平衡濃度的因素分析首先，需要明確的是當(dāng)所需的推動功越大時，ΔG’將增大 (絕對值減小 )，HCl平衡濃度升高。隨著吸收劑反應(yīng)率X的上升，HCl的平衡濃度升高，這是因為吸收劑具有一定的反應(yīng)率以后，HCl需穿透產(chǎn)物層擴散到反應(yīng)面，氣流中HCl的濃度與反應(yīng)面上HCl濃度之間必須存在差值，即平衡時主氣流與反應(yīng)面上存在著HCl氣體分壓差；反應(yīng)率X越大，產(chǎn)物層越厚，分壓差越大，同時產(chǎn)物生成所需的推動功增大，因此氣流中HCl的平衡濃度隨X的上升而升高。其次，在200～310℃范圍內(nèi)，當(dāng)X很小時，HCl的平衡濃度隨溫度的上升而升高；而當(dāng)X較高時，HCl的平衡濃度隨溫度的上升反而降低。這是因為溫度升高時，自由焓變ΔGC的值上升，使平衡濃度呈上升趨勢，但由于晶粒直徑d增大，使產(chǎn)物層多孔，擴散阻力減小，HCl的分壓差減??；同時根據(jù)方程，所需的推動功也減小。另一方面，總表面能和比表面能也隨溫度的上升而減小，所以總的自由焓變ΔG’隨溫度的上升而減小，從而HCl的平衡濃度降低。第三，當(dāng)氣流中水蒸氣的分壓上升時會導(dǎo)致HCl的平衡濃度升高。第四，當(dāng)X為零或很小時，相同條件下Ca ( OH2 )對應(yīng)HCl平衡濃度比CaO高；而當(dāng)X較高時 (例如 X≥15% )，CaO對應(yīng)的HCl平衡濃度會很快上升，溫度較低時超出Ca ( OH)2。第五，相同反應(yīng)率的條件下，改性石灰對應(yīng)HCl平衡濃度比普通Ca( OH)2對應(yīng)的平衡濃度要低得多。1

HCl平衡濃度圖對實驗現(xiàn)象的解釋利用HCl平衡濃度的上述變化特點可以解釋一些實驗現(xiàn)象。一般條件下Ⅰ，Ⅱ的化學(xué)反應(yīng)勢很大，ΔGC很小，正反應(yīng)趨勢很強，按ΔGC=0計算出來的HCl平衡濃度非常低，例如在250℃和PH2O=8%時，用Ca( OH)2和CaO作吸收劑，按ΔGC=0，HCl的計算平衡濃度分別低于0.1×10-6和0.001×10-6。但實際的情況是：在250℃和PH2O=8%時，在不受反應(yīng)時間的限制下，吸收劑的當(dāng)量為HCl的3倍也難以將HCl在煙氣中的濃度降低到80×10- 6以下，這是因為與反應(yīng)率相對應(yīng)的實際平衡濃度高于80×10- 6。再例如其它條件相同而溫度升高時，反應(yīng)Ⅰ，Ⅱ的ΔGC值升高，反應(yīng)化學(xué)勢降低，而在實驗中吸收能力卻隨溫度的升高而提高，這是因為溫度上升HCl的平衡濃度反而下降。1

鋁酸鈉溶液中二氧化硅的平衡濃度基于組成類似的化合物熱力學(xué)數(shù)據(jù)與組成存在的線性關(guān)系，計算了4種鈉硅渣的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，并計算了在鋁酸鈉溶液中形成鈉硅渣后二氧化硅平衡濃度與溫度或苛性比的關(guān)系。計算結(jié)果表明，二氧化硅平衡濃度計算值與實驗值相符；同時，隨著溫度的升高或苛性比的增大，鋁酸鈉溶液中二氧化硅平衡濃度也隨之增大。2

平衡濃度計算結(jié)果與實驗結(jié)果的比較根據(jù)鈉硅渣(設(shè)為Na2O。Al2O3。2SiO2。2H2O)熱力學(xué)數(shù)據(jù)的計算值，結(jié)合生成鈉硅渣的反應(yīng)方程式，可計算生成鈉硅渣時二氧化硅的平衡濃度，計算結(jié)果與Cressw ell和Hewett實驗研究結(jié)果比較吻合較好。同時也說明了對于具有固定結(jié)構(gòu)的鈉硅渣，其二氧化硅平衡濃度是隨著溫度的升高而增大，這一規(guī)律與實驗結(jié)果相一致。

在同樣的條件下，計算了形成三種鈉硅渣后二氧化硅平衡濃度，并與其他實驗結(jié)果相比較表明，生成鈉硅渣1、4與Hew ett實驗結(jié)果相符，而生成鈉硅渣2與Adamson、Leiteizen和Oku的結(jié)果相符。即在不同條件下，生成了不同的鈉硅渣，表現(xiàn)于二氧化硅的平衡濃度是不一樣的，這與鈉硅渣的生成規(guī)律相符。說明了計算的鈉硅渣熱力學(xué)數(shù)據(jù)是可靠的。2

二氧化硅平衡濃度與苛性比溫度的關(guān)系苛性比是氧化鈉與氧化鋁的分子比(記為αk)，是氧化鋁生產(chǎn)中常用的一種技術(shù)參數(shù)，計算了形成3種鈉硅渣后二氧化硅平衡濃度與苛性比的關(guān)系。

二氧化硅平衡濃度隨著溶液苛性比的升高而增大，同時，隨著溫度的升高，二氧化硅平衡濃度隨之升高，在 200℃左右達到一極值。這些計算結(jié)果與實驗研究結(jié)果比較一致。2

二氧化硅的平衡濃度(1)基于組成類似的化合物熱力學(xué)數(shù)據(jù)與組成存在的線性關(guān)系，計算了四種鈉硅渣的熱力學(xué)數(shù)據(jù)。

(2)計算了在鋁酸鈉溶液中形成鈉硅渣后二氧化硅平衡濃度，二氧化硅平衡濃度計算值與實驗值相符；同時，隨著溫度的升高或苛性比的增大，鋁酸鈉溶液中二氧化硅平衡濃度也隨之增大。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)