КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Эталоны решения задач. 1. Рассчитать константу химического равновесия Kc для реакции:1. Рассчитать константу химического равновесия Kc для реакции: NO2(газ) + SO2(газ) ⇄ NO(газ) + SO3(жидк.) по известным данным:
Оценить возможность самопроизвольного протекания реакции в прямом направлении и значение константы равновесия. Решение. Рассчитаем стандартную энергию Гиббса реакции по первому следствию из закона Гесса: = SО3 + NO - NO2 - SO2 = -32 кДж. < 0, следовательно, процесс самопроизвольно протекает в прямом направлении. Величину Kc найдем из уравнения изотермы Вант-Гоффа: Kc >> 1, т. е. при данной температуре равновесие данной реакции сильно смещено в сторону образования продуктов реакции. 2. Для равновесной реакции: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 имеются следующие данные: = -92,4 кДж, = -0,1978 кДж/К. 1) Рассчитать: а) температуру, при которой система находится в равновесии (Kc = 1); б) значение константы равновесия при 298 К. 2) Указать направление смещения равновесия при повышении (понижении) температуры. Решение. При Кс = 1 стандартная энергия Гиббса равна нулю. Тогда из соотношения: получим: Для данной реакции зависимость энергии Гиббса от температуры выглядит следующим образом: При стандартной температуре (298 К): Значение Кс при данной температуре найдем из соотношения: Проведенный расчет показывает, что: Это означает, что при понижении температуры равновесие смещается в прямом направлении. Аналогичный вывод можно сделать и исходя из принципа Ле Шателье. Действительно реакция образования аммиака – экзотермическая ( < 0), следовательно при повышении температуры равновесие смещается в сторону обратной реакции (разложения аммиака), а при понижении температуры – в сторону прямой реакции (синтеза аммиака). 3. Для реакции CO2(газ) + H2(газ) ⇄ CO(газ) + H2O(пар) константа равновесия равна 1. Исходные концентрации веществ составили: С0(СO2) = 0,2 моль/л; С0(H2) = 0,8 моль/л. Рассчитать, при каких концентрациях всех четырех веществ установилось равновесие. Решение. Обозначим концентрации С(СО2) и С(Н2), вступивших в реакцию, через «х», т. е. С(СO2)прореаг. = С(H2)прореаг. = х моль/л. Тогда: С(СO2)равн. = С0(CO2) - С(СO2)прореаг. = 0,2 - х; С(H2)равн. = С0(H2) - С(H2)прореаг. = 0,8 - х. Из уравнения реакции видно, что: [СO2] = [H2O] = x. Выражение для константы равновесия имеет вид: x2 = 0,16 - 0,2x - 0,8x + x2 x = 0,16. Равновесные концентрации всех веществ равны: [СO2] = 0,2 - 0,16 = 0,04 моль/л; [H2] = 0,8 - 0,16 = 0,64 моль/л; [СO] = [H2O] = 0,16 моль/л. 4. Реакция образования йодистого водорода протекает по уравнению: H2(газ) + I2(газ) ⇄ 2HI(газ). Исходные концентрации веществ составили: С0(H2) = 0,02 моль/л; С0(I2) = 0,04 моль/л. Известно, что в реакцию вступило 50% Н2. 1) Вычислить константу химического равновесия. 2) В каком направлении сместится равновесие, если: а) увеличить концентрацию I2? б) уменьшить концентрацию HI? в) увеличить давление?
Решение. Исходя из уравнения реакции, определяем концентрации веществ, прореагировавших между собой: С(H2)прореаг. = 0,5·0,02 = 0,01 моль/л; С(I2)прореаг. = С(H2)прореаг. = 0,01 моль/л. Находим равновесные концентрации: [HI] = 2×c(H2)прореаг. = 0,02 моль/л (по уравнению реакции); [H2] = c0(H2) - с(H2)прореаг. = 0,02 - 0,01 = 0,01 моль/л; [I2] = c0(I2) - с(I2)прореаг. = 0,04 - 0,01 = 0,03 моль/л. Подставляем равновесные концентрации в выражение константы равновесия: Увеличение концентрации I2 и уменьшение концентрации HI приведет к сдвигу равновесия в сторону прямой реакции. Увеличение давления не вызовет сдвига равновесия. 5. При определенных условиях в системе установилось равновесие: 2NO + O2 ⇄ 2NO2. Равновесные концентрации веществ составили: [NO] = 4 моль/л; [O2] = 6 моль/л; [NO2] = 10 моль/л. Найти исходные концентрации NО и О2. Решение. Исходные концентрации равны сумме равновесных концентраций и концентраций вступивших в реакции веществ. Последние можно определить из стехиометрических соотношений: С(NO)прореаг. = [NO2] = 10 моль/л; С(O2)прореаг. = = 5 моль/л. Отсюда: С0(NO) = [NO] + С(NO)прореаг. = 4 + 10 = 14 моль/л; С0(O2) = [O2] + С(O2)прореаг. = 6 + 5 = 11 моль/л. Вопросы для самоконтроля 1. Какие реакции называют обратимыми? Какие необратимыми? Приведите примеры. 2. Что называется химическим равновесием? Сформулируйте термодинамическое и кинетическое определение состояния химического равновесия. 3. Прекращаются ли реакции после наступления равновесия? 4. Как формулируется закон действующих масс для обратимой реакции? 5. Концентрации каких фаз входят в выражение закона действующих масс для обратимой реакции? 6. Что такое константа равновесия? 7. От каких факторов зависит и от каких не зависит константа равновесия? 8. Может ли К быть равной нулю? 9. Какова взаимосвязь между Kc и Kp? 10. Сформулируйте принцип Ле Шателье. Какие факторы влияют на химическое равновесие? 11. Сформулируйте частные принципы смещения равновесия при изменении температуры, концентрации, давления. 12. Смещает ли равновесие в системе введение в нее катализатора? Варианты задачи для самостоятельного решения Вариант №1 1. Реакция взаимодействия азота с водородом обратима: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3. В состоянии равновесия концентрации участвующих в реакции веществ составляют: С(N2) = 0,8 моль/л; С(H2) = 4,8 моль/л; С(NH3) = 0,6 моль/л. Вычислить исходные концентрации азота и водорода. 2. Константа равновесия для реакции: CH4 + Cl2 ⇄ CH3Cl + HCl при 800С равна 1. Исходные концентрации взятых веществ составляли: С(CH4) = 2 моль/л; С(Cl2) = 6 моль/л. Рассчитать, при каких концентрациях всех четырех веществ установилось равновесие. Вариант №2 1. Реакция протекает по уравнению: H2 + Cl2 ⇄ 2HCl. Рассчитать константу химического равновесия, если в реакцию вступило 30% С12. Начальные концентрации веществ равны: С(H2) = 3 моль/л; С(Cl2) = 6 моль/л. 2. При состоянии химического равновесия в системе: 2CO + O2 ⇄ 2CO2 концентрации веществ равны: С(CO) = 5 моль/л; С(O2) = 3 моль/л; С(CO2) = 8 моль/л. Найти исходные концентрации СО и О2. Вариант №3 1. Равновесие реакции: C2H2 + 2H2 ⇄ C2H6 установилось при следующих концентрациях газов: С(C2H2) = 2 моль/л; С(H2) = 1 моль/л; С(C2H6) = 3 моль/л. Рассчитать константу равновесия этой системы и исходные концентрации ацетилена и водорода. 2. Реакция описывается уравнением: A + B ⇄ C + D. Начальные концентрации веществ равны: С(A) = 0,4 моль/л; С(B) = 0,6 моль/л. Константа химического равновесия равна 1. Рассчитать равновесные концентрации всех четырех веществ.
Вариант №4 1. При состоянии химического равновесия в системе: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 концентрации веществ составляют: С(N2) = 2 моль/л; С(H2) = 4 моль/л; С(NH3) = 9 моль/л. Найти исходные концентрации азота и водорода. 2. Константа химического равновесия для реакции: СO2 + H2 ⇄ CO + H2O(пар) при определенной температуре равна 1. Исходные концентрации составляли: С(СO2) = 4 моль/л; С(H2) = 9 моль/л. Рассчитать, при каких концентрациях всех четырех веществ установилось равновесие. Вариант №5 1. При состоянии химического равновесия в системе: Cl2 + 2NO ⇄ 2NOCl концентрации участвующих в реакции веществ составляют: С(Cl2) = 2 моль/л; С(NO) = 6 моль/л; С(NOCl) = 9 моль/л. Рассчитать исходные концентрации веществ С12 и NO. 2. При взаимодействии азота и водорода установилось равновесие: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3. Исходные концентрации азота и водорода равны: С(N2) = 2 моль/л; С(H2) = 1 моль/л. Равновесная концентрация азота С(N2) = 1,8 моль/л. Найти равновесные концентрации водорода и аммиака. Вариант №6 1. Реакция протекает по уравнению: H2 + I2 ⇄ 2HI. В равновесной смеси при температуре 4000С: С(H2) = 0,5 моль/л; С(I2) = 0,2 моль/л; С(HI) = 0,4 моль/л. Вычислить константу равновесия реакции при указанной температуре и исходные концентрации Н2 и I2. 2. Константа равновесия реакции: CH3COOH + C2H5OH ⇄ CH3COOC2H5 + H2O при температуре 120С равна 1. Определить равновесные концентрации всех четырех веществ, если исходные концентрации веществ равны: С(CH3COOH) = 1 моль/л; С(C2H5OH) = 0,2 моль/л. Вариант №7 1. Равновесие реакции: 2Cl2 + O2 ⇄ 2Cl2O установилось при следующих концентрациях газов: С(Cl2) = 5 моль/л; С(O2) = 7 моль/л; С(Cl2O) = 3 моль/л. Рассчитать константу равновесия системы и исходные концентрации С12 и О2. 2. Реакция выражается уравнением: A + B ⇄ C + D. Начальные концентрации веществ: С(A) = 1 моль/л; С(B) = 3 моль/л. Константа химического равновесия равна 1. Рассчитать, сколько моль С и D образовалось. Вариант №8 1. В системе C2H6 + H2 ⇄ 2CH4 химическое равновесие установилось к моменту, когда 20% Н2 вступило в реакцию. Рассчитать константу химического равновесия, зная, что исходные концентрации были равны: С(H2) = 8 моль/л; С(C2H6) = 3 моль/л. 2. При определенных условиях в системе: 2SO2 + O2 ⇄ 2SO3 установилось химическое равновесие. При этом концентрации всех веществ были следующими: С(SO2) = 5 моль/л; С(O2) = 6 моль/л; С(SO3) = 10 моль/л. Вычислить исходные концентрации SO2 и О2. Вариант №9 1. При состоянии химического равновесия в системе: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 концентрации участвующих в реакции веществ составили: С(N2) = 3 моль/л; С(H2) = 6 моль/л; С(NH3) = 9 моль/л. Вычислить исходные концентрации Н2 и N2. В каком направлении сместится равновесие, если в системе: а) увеличить давление; б) уменьшить концентрацию водорода. 2. Вычислить константу химического равновесия для реакции: H2 + Cl2 ⇄ 2HCl, если известно, что равновесие наступит тогда, когда прореагирует 50% Н2. Исходные концентрации: С(H2) = 6 моль/л; С(Cl2) = 8 моль/л.
Вариант №10 1. В системе установилось равновесие: H2 + Cl2 ⇄ 2HCl. Исходные концентрации С(H2) = 2 моль/л; С(Cl2) = 3 моль/л. Константа равновесия равна 4. Рассчитать равновесные концентрации всех веществ в системе. 2. При нагревании диоксида азота в закрытом сосуде до некоторой температуры равновесие реакции: 2NO2 ⇄ 2NO + O2 установилось при следующих концентрациях: С(NO2) = 0,5 моль/л; С(NO) = 1,2 моль/л; С(O2) = 0,6 моль/л. Вычислить константу равновесия реакции для этой температуры и найти исходную концентрацию NO2. Вариант №11 1. При взаимодействии азота и водорода установилось равновесие: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3. Исходные концентрации азота и водорода составляли: С(N2) = 2 моль/л; С(H2) = 6 моль/л. Равновесная концентрация азота равна: С(N2) = 1,5 моль/л. Рассчитать равновесные концентрации водорода и аммиака. 2. Равновесие реакции: C2H4 + H2 ⇄ C2H6 установилось при следующих концентрациях газов: С(C2H4) = 0,6 моль/л; С(H2) = 0,4 моль/л; С(C2H6) = 1,2 моль/л. Рассчитать константу равновесия этой системы, а также исходные концентрации С2Н4 и Н2. Вариант №12 1. Вычислить константу химического равновесия для реакции: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3, если известно, что равновесие наступит тогда, когда прореагирует 50% Н2. Исходные концентрации: С(N2) = 0,8 моль/л; С(H2) = 2,4 моль/л. 2. При нагревании оксида серы (VI) в закрытом сосуде до некоторой температуры равновесие реакции: 2SO3 ⇄ 2SO2 + O2 установилось при следующих концентрациях: С(SO3) = 0,8 моль/л; С(SO2) = 3,2 моль/л; С(O2) = 1,6 моль/л. Вычислить исходную концентрацию SO3.
Вариант №13 1. Реакция взаимодействия азота и водорода обратима: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3. В состоянии равновесия концентрации участвующих в реакции веществ равны: С(N2) = 0,3 моль/л; С(H2) = 0,2 моль/л; С(NH3) = 0,2 моль/л. Вычислить исходные концентрации азота и водорода. 2. Константа химического равновесия для реакции: CH4 + Cl2 ⇄ CH3Cl + HCl при 300К равна 1. Исходные концентрации взятых веществ: С(CH4) = 5 моль/л; С(Cl2) = 4 моль/л. Рассчитать, при каких концентрациях всех четырех веществ установилось равновесие. Вариант №14 1. При нагревании СОС12 в закрытом сосуде до некоторой температуры равновесие реакции: COCl2 ⇄ CO + Cl2 установилось при следующих концентрациях: С(COCl2) = 3 моль/л; С(CO) = 6 моль/л. Вычислить константу химического равновесия для данной реакции и исходную концентрацию СОСl2. 2. В системе H2 (газ) + I2 (газ) ⇄ 2HI (газ) установилось равновесие. Исходные концентрации веществ равны: С(H2) = 0,2 моль/л; С(I2) = 0,4 моль/л. Константа равновесия равна 4. Рассчитать равновесные концентрации всех веществ в системе. Вариант №15 1. При определенных условиях в системе установилось равновесие: Cl2 + 2O2 ⇄ 2ClO2. При этом равновесные концентрации веществ равны: С(Cl2) = 4 моль/л; С(O2) = 8 моль/л; С(ClO2) = 10 моль/л. Вычислить исходные концентрации хлора и кислорода. 2. Реакция протекает по уравнению: 2CO + O2 ⇄ 2CO2. Рассчитать константу химического равновесия, если в реакцию вступило 50% О2. Начальные концентрации веществ равны: С(CO) = 5 моль/л; С(O2) = 2 моль/л.
Вариант №16 1. При взаимодействии хлора и оксида азота (II) установилось равновесие: 2NO + Cl2 ⇄ 2NOCl. Исходные концентрации хлора и оксида азота (II) равны: С(NO) = 6 моль/л; С(Cl2) = 3 моль/л. Равновесная концентрация хлора: С(Cl2) = 1,5 моль/л. Найти равновесные концентрации NO и NOC1. 2. Равновесие реакции С2H2 + 2H2 ⇄ C2H6 установилось при следующих концентрациях газов: С(С2H2) = 2 моль/л; С(H2) = 4 моль/л; С(С2H6) = 3 моль/л. Рассчитать константу химического равновесия этой системы и исходные концентрации С2Н2 и Н2. Вариант №17 1. Реакция протекает по уравнению: H2 + Br2 ⇄ 2HBr. Равновесная смесь при температуре 2000С содержит С(H2) = 4 моль/л; С(Br2) = 0,2 моль/л; С(HBr) = 0,8 моль/л. Вычислить константу химического равновесия реакции при указанной температуре и исходные концентрации Н2 и Вr2. 2. Константа равновесия реакции: CO2 + H2 ⇄ CO + H2O (пар) при некоторой температуре равна 1. Определить равновесные концентрации всех четырех веществ, если исходные концентрации веществ равны: С(CO2) = 2 моль/л; С(H2) = 3 моль/л. Вариант №18 1. В системе 2SO2 + O2 ⇄ 2SO3 установилось химическое равновесие к моменту, когда прореагировало 60% О2. Рассчитать константу химического равновесия, зная, что исходные концентрации составляли: С(SO2) = 6 моль/л; С(O2) = 4 моль/л. 2. При определенных условиях в системе CO2 + H2 ⇄ CH3OH установилось химическое равновесие. При этом концентрации всех веществ составили: С(CO) = 0,8 моль/л; С(H2) = 1 моль/л; С(CH3OH) = 6 моль/л. Вычислить исходные концентрации СО и Н2. БЛОК ИНФОРМАЦИИ
|