平衡濃度

平衡濃度一般以方括號[ ]表示，純液體平衡濃度可視為1。

一元弱酸弱鹼溶液中，以HAc為例，設總濃度為c，在水溶液中HAc以HAc和Ac-兩種形式存在，則：

平衡常數計算：

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

利用固體產物生成的能耗分析，在傳統的熱力學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乾式淨化過程中的平衡濃度，首次提出氣固反應過程中反應氣體的平衡濃度隨着固體反應率的增大而上升的概念。計算結果表明：吸收劑在達到一定的反應率以後，HCl的平衡濃度隨温度的上升而下降。利用平衡濃度隨反應率和温度的變化特徵可以解釋傳統的熱力學平衡式所不能解釋的一些實驗現象，並可以利用平衡濃度來預測利用鈣基吸收劑乾式淨化焚燒爐排煙中HCl的淨化效率和吸收劑用量。預測結果可以判斷乾式淨化的使用範圍、侷限性和改進方向。

首先，需要明確的是當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。隨着吸收劑反應率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率以後，HCl需穿透產物層擴散到反應面，氣流中HCl的濃度與反應面上HCl濃度之間必須存在差值，即平衡時主氣流與反應面上存在着HCl氣體分壓差；反應率X越大，產物層越厚，分壓差越大，同時產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℃範圍內，當X很小時，HCl的平衡濃度隨温度的上升而升高；而當X較高時，HCl的平衡濃度隨温度的上升反而降低。這是因為温度升高時，自由焓變ΔG_C的值上升，使平衡濃度呈上升趨勢，但由於晶粒直徑d增大，使產物層多孔，擴散阻力減小，HCl的分壓差減小；同時根據方程，所需的推動功也減小。另一方面，總表面能和比表面能也隨温度的上升而減小，所以總的自由焓變ΔG’隨温度的上升而減小，從而HCl的平衡濃度降低。第三，當氣流中水蒸氣的分壓上升時會導致HCl的平衡濃度升高。第四，當X為零或很小時，相同條件下Ca ( OH₂ )對應HCl平衡濃度比CaO高；而當X較高時 (例如X≥15% )，CaO對應的HCl平衡濃度會很快上升，温度較低時超出Ca ( OH)₂。第五，相同反應率的條件下，改性石灰對應HCl平衡濃度比普通Ca( OH)₂對應的平衡濃度要低得多。

利用HCl平衡濃度的上述變化特點可以解釋一些實驗現象。一般條件下Ⅰ，Ⅱ的化學反應勢很大，ΔG_C很小，正反應趨勢很強，按ΔG_C=0計算出來的HCl平衡濃度非常低，例如在250℃和P_H2O=8%時，用Ca( OH)₂和CaO作吸收劑，按ΔG_C=0，HCl的計算平衡濃度分別低於0.1×10^-6和0.001×10^-6。但實際的情況是：在250℃和P_H2O=8%時，在不受反應時間的限制下，吸收劑的當量為HCl的3倍也難以將HCl在煙氣中的濃度降低到80×10^{- 6}以下，這是因為與反應率相對應的實際平衡濃度高於80×10^{- 6}。再例如其它條件相同而温度升高時，反應Ⅰ，Ⅱ的ΔG_C值升高，反應化學勢降低，而在實驗中吸收能力卻隨温度的升高而提高，這是因為温度上升HCl的平衡濃度反而下降。

基於組成類似的化合物熱力學數據與組成存在的線性關係，計算了4種鈉硅渣的熱力學數據，並計算了在鋁酸鈉溶液中形成鈉硅渣後二氧化硅平衡濃度與温度或苛性比的關係。計算結果表明，二氧化硅平衡濃度計算值與實驗值相符；同時，隨着温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。

根據鈉硅渣(設為Na₂O^。Al₂O₃^。2SiO₂^。2H₂O)熱力學數據的計算值，結合生成鈉硅渣的反應方程式，可計算生成鈉硅渣時二氧化硅的平衡濃度，計算結果與Cressw ell和Hewett實驗研究結果比較吻合較好。同時也説明了對於具有固定結構的鈉硅渣，其二氧化硅平衡濃度是隨着温度的升高而增大，這一規律與實驗結果相一致。

在同樣的條件下，計算了形成三種鈉硅渣後二氧化硅平衡濃度，並與其他實驗結果相比較表明，生成鈉硅渣1、4與Hew ett實驗結果相符，而生成鈉硅渣2與Adamson、Leiteizen和Oku的結果相符。即在不同條件下，生成了不同的鈉硅渣，表現於二氧化硅的平衡濃度是不一樣的，這與鈉硅渣的生成規律相符。説明了計算的鈉硅渣熱力學數據是可靠的。

苛性比是氧化鈉與氧化鋁的分子比(記為α_k)，是氧化鋁生產中常用的一種技術參數，計算了形成3種鈉硅渣後二氧化硅平衡濃度與苛性比的關係。

二氧化硅平衡濃度隨着溶液苛性比的升高而增大，同時，隨着温度的升高，二氧化硅平衡濃度隨之升高，在 200℃左右達到一極值。這些計算結果與實驗研究結果比較一致。

(1)基於組成類似的化合物熱力學數據與組成存在的線性關係，計算了四種鈉硅渣的熱力學數據。

(2)計算了在鋁酸鈉溶液中形成鈉硅渣後二氧化硅平衡濃度，二氧化硅平衡濃度計算值與實驗值相符；同時，隨着温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。