Пособие для самоподготовки к лабораторным по химии в [12]
.pdf
пропорциональнообщемуколичествусоставляющихеегазов(общемучислу молей)
|
|
|
|
P CM R T |
(1.20) |
гдеCM – мольнаяконцентрация, моль/л. |
|
||||
Так как начальное давление известно P |
2,026 105 (4 2)RT , |
||||
|
|
|
|
нач |
|
следовательноT=2,026 105 / 6R . Давлениегазовойсмесиприравновесии |
|||||
|
|
P |
(0,8 0,4 3,2)R 2,026 105 / 6R=1,49 105 Па. |
||
|
|
равн. |
|
|
|
Ответ: K |
c |
40;P |
|
1,49 105 Па. |
|
|
равн. |
|
|
||
Задача5. Какоеобщеедавлениедолжноподдерживатьсявзакрытомсосуде,
гдеустановилосьравновесиеPCl5 PCl3 Cl2 , чтобы парциальноедавление пятихлористогофосфораPPCl5 всостоянии равновесиясталоравным 1 атм?
КонстантаравновесиядляданногопроцессаKP 1,78.
Решение. Запишемвыражениедляконстантыравновесия
KP PPCl3 PCl2 / PPCl5 1,78.
Поуравнению реакцииPCl3 иCl2 образуютсяводинаковыхколичествах
(одинаковое число молей), следовательно их парциальные давления равны PPCl3 =PCl 2 . ПоэтомуKP PCl2 2 /1 1,78, откудаPCl2 1,33атм.
Согласно закону Дальтона, общеедавление равно сумме парциальных давленийотдельныхсоставляющихгазовойсмеси
Pобщ. =PPCl5 +PPCl3 +PCl2 1,0 1,33 3,66 атм. Ответ: Pобщ. =3,66атм.
Задача6. Какбудетвлиятьувеличениетемпературыидавлениянасостояние
равновесия |
в |
следующих |
реакциях: а) 2СО2 2СО+ О2 – Q; |
б) СО+ НО |
|
СО + Н + Q? |
Найдите Кр и Кс для реакции (а), если |
2 (г) |
2 2 |
|
равновесиеустановилосьпри 2000ºС иследующихпарциальныхдавлениях
газов: P |
= 8,63∙104 Па; РСО = 1,0∙104 Па; P |
= 0,5∙104 Па. Как изменится |
CO2 |
O |
2 |
численное значение константы равновесия реакции (а) при увеличении температуры?
Решение. а) В уравненииобратимойреакциипринятоуказыватьтепловой эффект для прямой реакции, поэтому в данном случае прямая реакция эндотермическая и нагревание способствует прямой реакции, равновесие сместитсявсторонупродуктовреакции. Входепрямойреакцииувеличивается число молекул газа, поэтому давление способствуетобратной реакции, и равновесиесмещаетсявсторонуисходныхвеществ.
21
Константаравновесияравна: KP |
|
PCO2 |
PO |
2 |
|
(1,0 104)2 0,5 10 |
4 |
= |
|
|
= |
|
=67,1 Па |
||
P2 |
|
(8,63 104 )2 |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
CO2 |
|
|
|
|
|
ВзаимосвязьмеждуК иК устанавливаетсяравенствомК = К∙(RT)∆n, где
Р С Р С
∆n – разность между числом молей газообразных продуктов реакции и газообразныхисходныхвеществ. Дляданной реакции∆n = 3 – 2 = 1. Тогда
К= К/RT = 67,1/8,31∙2273 = 3,6∙10-3.
СР
Повышениетемпературы смещаетравновесиевэтой системевсторону прямойреакции, следовательно, численноезначениеконстанты равновесия увеличится.
б) Вданномслучаепрямаяреакцияэкзотермическая, поэтомупринагревании равновесиесместитсявсторонуобратнойреакции. Давлениеневлияетна положениеравновесия, т.к. входереакциичисломолекулгазанеизменяется.
1.5 Контрольусвоениятемы
Послеизучениятемыстудентдолжен:
- уметь объяснить смысл терминов “кинетика”, “скорость реакции” и “константаскорости”;
-знатьфакторы, оказывающиевлияниенаскоростьреакций, ипричины влияния каждого изних наскоростьреакций, привести соответствующие примеры;
-уметьформулироватьзакондействиямасс;
- объяснитьсмысл понятий “активные молекулы”, “энергия активации”, “энергетическийбарьерреакции”;
-использоватьуравнениеАррениусаиправилоВант-Гоффадляпроведения соответствующихрасчетов;
-знатькинетическоеусловиеравновесияобратимойсистемы;
-вычислитьконстантуравновесия;
-прогнозироватьвлияниенаположениеравновесияследующихфакторов: а) изменения концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции; б) изменения внешнего давления; в) изменения температуры; г) присутствие
катализатора.
1.5.1 Индивидуальныезадания
ЕслиВынесможетерешитькакую-либоизпредлагаемыхзадач, обратитеськ разделу1.4 данногометодическогопособия.
Вариант1
1. Напишитевыражениезаконадействиямасс(ЗДМ) дляреакции:
MnO2(к) +4HСl(г) MnCl2(к) +Cl2(г) +2H2 0(г)
22
иопределите, какизменитсяскоростьхимическойреакции, еслиобъемсистемы
уменьшитьв2 раза. |
|
|
|
2. |
Каковаскоростьреакции N2 O4(г) 2NO2(г) при 27 С и концентрации |
||
|
|
|
|
N2O4 |
равной 0,0139 моль/л, если |
известны энергия активации |
|
Ea 58,52 кДж/мольипредэкспоненциальныймножительА 1015 . |
|||
3. |
Константаравновесияреакции PCl5( г) |
PCl3(г) +Cl2(г) |
при температуре |
400 К равна7,62 10 4 . ВычислитеК реакции при500К, |
еслиравновесные |
||
|
С |
|
|
концентрациивеществравны (моль/л): 0,46 ( PCl5 ); 0,54 ( PCl3 ); 0,54 ( Cl2 ) и установите: а)направлениесмещенияравновесияприповышениитемпературы; б) знак H прямойреакции; в) соотношениеэнергийактивацийпрямой( Ea пр) и
обратной( Ea обр) реакциивданнойсистеме(дляобоснованияответаиспользуйте
энергетическуюдиаграммуреакции).
Вариант2
1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:
a)Zn( к) H2O(г) ZnO(к) H2(г) ;
б)2НS |
3O |
2SO |
2(г) |
2H O . |
2 ( г) |
2 (г) |
|
2 ( г) |
Какизменитсяскоростьреакции(б) приуменьшенииобъемасистемыв2раза иодновременномповышениитемпературына20 С ( 2 ). Ответподтвердите расчетами.
2. Вычислитеэнергиюактивации, еслипри15 С реакцияпроходитдоконца за60с, апри25 С за30с.
|
|
k1 |
|
|
|
3. Константаскоростиk1 дляреакции2NO(г) |
O2 (г) |
|
2NO2 (г) |
при600К |
|
|
|||||
|
|
k2 |
|
|
|
равна6,63 105 , апри645К— 6,52 105 . Дляобратнойреакцииk |
2 |
дляэтих |
|||
|
|
|
|
|
|
температурравнасоответственно83,9 и407. Вычислитеконстантыравновесия дляэтих температур. Какаяэто реакцияэкзо– или эндотермическая? Как повлияетповышениедавлениянасмещениеравновесияичисленноезначение
KC ?
Вариант3
1. НапишитевыражениеЗДМдляреакции:
2S(к) 2H2O(г) O2( г) 2H2S(г)
иопределитекакизменитсяскоростьхимическойреакции, еслидавлениев системеуменьшитьв2 раза.
2. ДляреакцииH2( г) Br2(г) 2HBr(г) константаскоростипри497К равна
23
0,036 10 2 л/(моль·мин), а при 575К— 8,56 10 2 л/(моль·мин). Вычислите энергиюактивацииэтойреакцииипроверьтедляданногопримеранаосновании соответствующихрасчетовприменимостьправилаВант-Гоффа.
3. |
В |
каком направлении сместится равновесие в |
системе |
2NO( г) |
Cl2( г) |
2NOCl(г) , если общее давление понизить в 4 |
раза и |
одновременноповыситьтемпературуна40 С (температурныекоэффициенты прямойиобратнойреакциисоответственноравны 2 и5). Длякакойреакции (прямойилиобратной) энергияактивацииимеетбольшеезначение? Определите знак H прямойреакции.
Вариант4
1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:
a)2AgCl(к) |
Ag(к) Cl2 (г) ; |
||||
б)Н |
I |
2( |
г) |
2HI |
. |
2(г) |
|
|
( г) |
||
Какизменитсяскоростьреакции(б) приувеличенииобъемасистемыв2раза иодновременномповышениитемпературына20 С ( 2 ). Ответподтвердите расчетами.
2. Восколькоразизменитсяконстантаскоростиреакций:
N2 O4( г) |
2NO2( г) , |
Ea |
58,52кДж/ моль |
N2 O5( г) |
N2 O4 (г) 1/ 2O2 , |
Ea |
102кДж/ моль |
Приувеличениитемпературыот303 до323К. Вслучаекакойизуказанных реакцийконстантаскоростиизменитсявбольшейстепениипочему?
3. ЗапишитевыражениедляК иК реакции: |
|
|||||
|
|
C |
P |
|
|
|
2ZnS |
3O |
|
k1 |
|
2SO |
. |
2 (г) |
2ZnO |
( к) |
||||
( к) |
|
|
|
2(г) |
||
|
|
|
k 2 |
|
|
|
Зная, чтоk1 k2 , определитезнак H прямойреакции. Вкакомнаправлении сместилосьравновесиеесли: a) увеличитьтемпературу(P=const); б) уменьшить давление(T=const); в) увеличитьконцентрациюO2 .
Вариант5
1. Напишитевыражениезаконадействиямассдляреакций:
Fe2O3( к) 3C(к) 2Fe(к) 3CO2 (г) ; Zn( к) H2O(г) ZnO(к) H2( г).
иопределитевслучаекакойиздвухреакцийизменитьсяскоростьивосколько раз, еслидавлениевсистемеувеличитьв3 раза.
2. Какова скорость реакции FO2(г) F2(г) 1/ 2O2 (г) |
при 250 С и |
|
|
24
концентрации FO2 ,равной 0,012 моль/л? Энергияактивации реакции равна
163 кДж/моль, предэкспоненциальныймножительА 1014 . 3. Константаравновесияреакции:
|
H |
|
I |
|
k1 |
|
. |
|
2(г) |
2 (г) |
2HI |
||||
|
|
|
|
|
( г) |
||
|
|
|
|
|
k2 |
|
|
|
равна50,0 . РассчитайтезначениеК этойреакциипри |
||||||
притемпературе450 С |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
C |
509 С ,если k1 0,16 , |
k2 0,00047 и установите направление смещения |
||||||
равновесия при увеличении температуры. |
Какая это реакция экзо– или |
||||||
эндотермическая, каковосоотношениеэнергийактивациипрямойиобратной реакции в данной системе. Ответ обосновать, используя энергетическую диаграммуреакции.
Вариант6
1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:
a)Fe3O4(к) CO(г) 3FeO(к) CO2 (г) ;
б)2NO2(г) Cl2 (г) 2NOCl(г) .
Какизменитсяихскорость, если: дляреакции(а) повыситьтемпературуна 40К( 2 ); дляреакции(б) увеличитьобъемсистемыв3 раза?
|
2. Для реакции H2(г) I2 (г) 2HI(г) |
константа скорости при 599К |
kT |
0,146 10 2 л/(моль∙с), апри 672К kT |
5,68 10 2 л/(моль∙с). Вычислите |
1 |
2 |
|
энергию активации и проверьте для данного примера на основании соответствующихрасчетовприменимостьправилаВант–Гоффа.
3. Приведитеэнергетическуюдиаграммудляреакции:
CaCO |
k1 |
|
CO |
, |
CaO |
(к) |
|||
3( к) |
|
|
2 (г) |
|
|
k 2 |
|
|
|
еслиизвестно, чтоk1 k2 .Определитезнак H прямойреакции. Вкаком
направлениисместитсяравновесие, если: a) увеличитьтемпературу(P=const); б) увеличитьдавление(T=const).
Вариант7
1. Скоростьреакции2Al( к) 3Cl2 (г) 2AlCl3(к) увеличиласьв8 раз. Исходя
изЗДМ рассчитайте, во сколько разувеличиласьконцентрация и какого реагирующеговеществапосравнениюспервоначальной.
2. Вычислите энергию активации и константу скорости реакции CO 2(г) H2O(г) CO2( г) H 2(г) при303К, есликонстантыскоростиэтойреакции при288 и313Ксоответственноравны3,1 10 4 и8,15 10 3 л/(моль∙мин).
3. Константаравновесияреакции2NO(г) O2( г) 2NO2(г) притемпературе
25
494К равна 2,2 . Рассчитайте значение К этой реакции при 650К, если
C
равновесныеконцентрации веществравны (моль/л): 0,06( NO2 ); 0,24( NO ); 0,12( O2 ) и установитенаправлениесмещенияравновесия в системепри повышениитемпературы. Длякакойреакции(прямойилиобратной) энергия активацииимеетбольшеезначение? ОпределитезнакΔH прямойреакции.
Вариант8
1. НапишитевыражениеЗДМдляреакции:
2NO( г) O2 (г) 2NO2( г)
иопределитевосколькоразследуетувеличитьконцентрацию O2 , чтобыпри уменьшенииконцентрацииNO в4 разаскоростьреакциинеизменилась?
2. Восколькоразизменитсяконстантаскоростиреакций:
F2O(г) F2(г) 1/ 2O2 (г) , |
Ea 163кДж/ моль |
N2O4(г) 2NO2 (г) 1/ 2O2 , |
Ea 58,52кДж/ моль |
приувеличениитемпературыот30 до50 С.Вслучаекакойизуказанных реакцийконстантаскоростиизменитсявбольшейстепениипочему?
3. ЗапишитевыражениедляК иК реакции: |
||||
|
C |
P |
|
|
2CO |
k1 |
|
|
C . |
CO |
2(г) |
|||
( г) |
|
|
( т) |
|
|
k2 |
|
|
|
Зная, чтоk1 k2 , определитезнак H прямойреакции. Вкакомнаправлении
сместитсяравновесие, если: a) уменьшитьтемпературу(P=const); б) увеличить давление(T=const); в) уменьшитьконцентрацию СO .
Вариант9
1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:
2Fe2O3(к) 4Fe(к) 3O2(г) ; 2Ag( к) Cl2( г) 2AgCl(к).
иопределитевслучаекакойиздвухреакцийизменитсяскоростьивосколько
раз, еслиобъемсистемыувеличитьв4 раза. |
N2O4 (г) 1/ 2O2( г) |
при 30 С и |
2. Какова скорость реакции N2O5(г) |
||
|
|
|
концентрацииN2O5 , равной0,016 моль/л, |
еслиизвестны энергияактивации |
|
Ea 102 кДж/мольипредэкспоненциальныймножительА 1013 .
3. ВкакомнаправлениисместитсяравновесиевсистемеA B 2AB при понижениидавленияв2 разаиодновременном понижениитемпературы на 20 С , если температурный коэффициент прямой и обратной реакций соответственноравны3 и2? Длякакойреакции(прямойилиобратной) энергия
26
активацииимеетбольшеезначение? Определитезнак H прямойреакции.
Вариант10
1 НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:
a)2S( к) 2H2O( г) O2(г) 2H2S( г);
б)2NOCl(г) 2NO(г) Cl2 (г).
Какизменитсяихскорость, если: дляреакции(а) увеличитьобъемв2 раза; дляреакции(б) повыситьтемпературуна20К( 5)?
2. ДляреакцииSO2Cl2(г) SO2 (г) Cl2(г) константаскоростипри552Кравна 0,6 10 4 л/(моль·с), а при 593К— 13,2 10 4 л/(моль·с).Вычислите энергию активации этой реакции и проверьте для данного примера на основании соответствующихрасчетовприменимостьправилаВант-Гоффа.
3. Приведитеэнергетическуюдиаграммудляреакции:
C( т) CO2 (г) k1 2CO2 (г) .
k 2
еслиизвестно, чтоk1 k2 . Определитезнак H прямойреакции. Какизменится концентрацияCO вслучае: a) повышениятемпературы(P=const);
б) уменьшениядавления(T=const). Вкакомслучаеикакизменится(уменьшится илиувеличится) значениеконстантыравновесия?
Вариант11
1. НапишитевыражениеЗДМдляреакций:
CaO(к) 3C(к) CaC2 (к) CO( г) ; 4Fe( к) 3CO2(г) 2Fe2O3 (к) .
иопределитекакнадоизменитьдавлениеивкакойсистеме, чтобыскорость реакциивнейувеличиласьв27 раз.
2. Восколькоразизменитсяконстантаскоростиреакций:
N2O4(г) 2NO2 (г) , |
Ea 58,52кДж/ моль |
C2H5Br( г) C2H4 (г) HBr(г), |
Ea 217кДж/ моль |
приувеличениитемпературыот303 до323К. Вслучаекакойизуказанных реакцийконстантаскоростиизменитсявбольшейстепениипочему?
3.Константа равновесия реакции CO(г) H2O(г) CO2(г) H2 (г) при
температуре927 С равна0,74 . РассчитайтезначениеК этой реакциипри
C
727 С, еслиравновесныеконцентрациивеществравны (моль/л): 0,64 ( H2 O ); 0,16 ( CO2 ); 0,16 (H2 ) иустановитенаправлениесмещенияравновесиявсистеме припонижениитемпературы. Какаяэтореакцияэкзо– илиэндотермическая,
27
каковосоотношениеэнергийактивациипрямойиобратнойреакциивданной системе (для обоснования ответа используйте энергетическую диаграмму реакции).
Вариант12
1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:
2MgO(к) Mg(к) O2 (г) ;
3Si(к) 2N2 (г) Si3 N4( к) .
иопределитекакнадоизменитьобъемикакойсистемы, чтобыскоростьреакции внейувеличиласьв16 раз.
2. Какова скорость реакции C2H5Br(г) C2H4( г) HBr(г) при 400 С и концентрации C2H5Br , равной 0,001 моль/л? Энергия активации Ea 217
кДж/мольипредэкспоненциоальныймножительА 7,2 1012 .
3. КакоезначениеимеютконстантыравновесияК иК реакции:
C P
2HI(г) H2(г) I2(г) Q
при448 С, еслипарциальныеравновесныедавлениягазовприэтойтемпературе составляют: P(HI) 4,05 103 Па; P(H2 ) 7,52 104 Па; P(I2 ) 4,36 102 Па? Как повлияетнавыходиодавсистеме: а) повышениетемпературы; б) уменьшения давления; в) введениякатализатора? В какомслучаеикак(уменьшитсяили увеличится) значениеконстантыравновесия?
Вариант13
1.НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:
1)MnO2(к) 4HCl(г) MnCl2(к) Cl2(г) 2H2O( г) ;
2)CO( г) H2O(г) CO2 (г) H2 (г) .
Какнадоизменитьдавлениевсистемах, чтобы скоростьпервойреакции увеличиласьв16 раз, аскоростьвторой— в36 раз?
2.Дляреакции 2N2O5(г) 2N2 O4 (г) O2( г) константаскорости при 288К равна0,475 10 3 л/(моль∙мин), апри298К— 0,203 102 л/(моль∙мин).Вычислите
энергиюактивацииэтойреакцииипроверьтедляданногопримеранаосновании соответствующихрасчетовприменимостьправилаВант-Гоффа.
3.Вкакомнаправлениисместитсяравновесиевсистеме2A 2A B , если увеличитьдавлениевсистемев2 разаиодновременнопонизитьтемпературуна
30 С , если температурный коэффициент прямой и обратной реакций соответственноравен2,7 и3,3? Длякакойреакции(прямойилиобратной) энергия активации имеетбольшеезначение? Определитезнак H прямой
28
реакции.
Вариант14
1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:
a) Fe2O3( к) 3C(к) 2Fe(к) 3CO(г) ;
б) 2NO2(г) 2NO( г) O2 (г) .
Как надо изменитьдляреакции (а) температуру( 3 ), дляреакции (б) давление, чтобыскоростьэтихреакцийувеличиласьв9 раз. Ответподтвердите расчетами.
2. Восколькоразизменитсяконстантаскоростиреакций:
N2O5(г) N2O4( г) 1/ 2O2 , |
Ea 102кДж/ моль |
C2H5Cl(г) C2H4(г) HCl(г), |
Ea 246,62кДж/ моль |
Приувеличениитемпературыот303 до323К. Вслучаекакойизуказанных реакцийконстантаскоростиизменитсявбольшейстепениипочему?
3. ЗапишитевыражениедляК иК реакции: |
||||
|
C P |
|
|
|
FeCl |
k1 |
|
Cl |
. |
Fe |
(т) |
|||
2( т) |
|
|
2 (г) |
|
|
k 2 |
|
|
|
Зная, чтоk1 k2 , определитезнак H прямой реакции. Какизменится концентрацияCl2 , если: a)повысить температуру (P=const); б) уменьшить давление (T=const)? В каком случае и как измениться (уменьшится или увеличится) значениеконстантыравновесия?
Вариант15
1. СкоростьреакцииC2H4(г) H2 (г) C2H6 (г) уменьшиласьв9 раз. Исходяиз
ЗДМ рассчитайте, во сколькоразуменьшиласьконцентрацияреагирующих веществпосравнениюспервоначальной.
2. Длянекоторойреакцииконстантаскоростипри10 С равна1,08 10 4 c 1 , а
при 60 С — 5,484 10 2 c 1 . Вычислитеэнергию активации этой реакции и проверьте для данного примера на основании соответствующих расчетов применимостьправилаВант-Гоффа.
3. Приведитеэнергетическуюдиаграммудляреакции:
2ZnS |
3O |
|
k1 |
|
2SO |
, |
2(г) |
2ZnO |
(т) |
||||
( т) |
|
|
|
2( г) |
||
|
|
|
k 2 |
|
|
|
еслиизвестно, чтоk1 k2 .Определитезнак H прямойреакции. Запишите выражениедляKC . Какповлияетповышениетемпературыидавленияна смещенияравновесияичисленноезначениеKC .
Вариант16
29
1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций: a)Mg( к) O2( г) 2MgO( к) ;
б)2NO(г) Cl2( г) 2NOCl(г).
Какнадоизменитьдляреакции(а) объемсистемы, дляреакции(б) температуру
( 2 ), чтобы скоростьэтихреакцийувеличиласьв8 |
раз.Ответподтвердите |
|
расчетами. |
|
|
2. |
|
|
КаковаскоростьреакцииN2O4(г) 2NO2 (г) при250 С иконцентрации |
||
N2O4 |
, равной 0,025 моль/л, если известны |
энергия активации |
Ea 58,52 кДж/мольипредэкспоненциальныймножительА 1015 .
3. ОпределитечисленноезначениеконстантыравновесияKP дляреакции
2ZnS(к) 3O2 2ZnO(к) 2SO2( г) ,
еслиобщеедавлениевсистеме1атм, апарциальноедавлениекислорода PO2 0,26 атм. Какаяэтореакцияэкзо– илиэндотермическая, еслис
повышениемтемпературызначениеKP уменьшилось. Какиеусловиябудут способствоватьбольшемувыходуSO2 поэтойреакции. Ответобосновать.
1.5.2 Вопросы длятестовогоконтролязнаний
А. Вопросысоднимправильнымответом
Выберитеодинправильныйответилизакончитеутверждение.
1. Какая величинаввыражении ЗДМ указываетна зависимостьскорости реакцииотприродыреагирующихвеществ?
а) концентрацииисходныхвеществ; б) константаскорости; в) концентрациипродуктовреакции;
г) стехиометрическийкоэффициент. 2. Какаяизсистемявляетсягетерогенной?
а) 2NO + O2 2NO2 . б) N2O4 2NO2.
в) 2H2O 2H2 O2. г) CaCO3 CaO +CO2.
3. Прикакихконцентрациях(моль/л) водородаикислородаскоростьпрямой реакции2H2 O2 2H2O численноравнаконстантескорости?
а) 0,5 и4.
30