5 Фотохимические реакции

5.1 Решение типовой задачи

1) На основании анализа установлено, что сахарная свекла на 1 га в день дает привес биомассы 80 кг. Считая, что в этом количестве 30% углерода, рассчитайте сколько литров СО₂ усвоено растением и сколько кислорода при этом выделено?

Решение. Задача решается в предположении, что весь углерод поступает в растение при фотосинтезе:

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О_2.

Рассчитаем, сколько углерода поглотилось

кг

Так как 1 кмоль составляет 12 кг С, то 2 кмоля – 24 кг. Из уравнения фотосинтеза следует, что 6 кмоль углекислого газа СО₂ содержит 6 кмоль углерода и при его ассимиляции выделяется 6 кмоль О₂. Если у нас имеется 2 кмоля С, значит столько же кмолей СО₂ и О₂. Из закона Авогадро следует, что 1 кмоль газа занимает объем 22,4 м³. Таким образом, было поглощено 22,4  2 = 44,8 м³ СО₂ и выделилось 44,8 м³ О₂.

5.2 Задачи для контрольной работы

55 – 60 Рассчитайте объем кислорода, выделяющегося при фотосинтезе, и объем поглощенного углекислого газа, если дан привес биомассы при фотосинтезе и предполагается (упрощенно), что привес биомассы обусловлен образованием глюкозы (таблица 8).

Таблица 8 Варианты контрольных заданий 55-60

№ задачи	Привес биомассы на 1 га/день	% сухого вещества в биомассе
55 56 57 58 59 60	75 80 150 60 40 45	23 40 15 20 25 27

6 Химическое равновесие

6.1 Решение типовых задач

1) Вычислить равновесные концентрации водорода и йода при температуре 600 К в реакции Н₂ (г) + I₂ (г)  2HI (г), если их начальные концентрации составляют 0,03 моль/л, а равновесная концентрация иодистого водорода равна 0,04 моль/л. Найти константу равновесия и величину изобарно-изотермического потенциала реакции при этой температуре.

Решение: На образование двух молей HI в соответствии с уравнением реакции Н₂ (г) + I₂ (г)  2HI (г) идет один моль Н₂ и один моль I₂, поэтому для образования 0,04 моля HI требуется 0,02 моля Н₂ и 0,02 моля I₂, отсюда их равновесные концентрации составляют 0,03 – 0,02 = 0,01 моля.

Для расчета константы равновесия после написания выражения в общем виде подставим в это выражение численные данные:

.

Далее рассчитываем изменение изобарно-изотермического потенциала этого процесса, используя связь величины G и К.

G = -RT In K = -2,3 RT · lg K.

G = -2,3  8,313  600  lg 16 = -2,3  8,313  600  1,204 = -13830 Дж/моль =

= -13,830 кДж/моль.

Итак, равновесные концентрации водорода и иода равны 0,01 моль/л, константа равновесия равна 16, величина изменения изобарно-термического потенциала равна –13,830 кДж/моль.

2) Найти константу равновесия при температуре 25⁰С реакции:

С₂Н₂ (г) + 2Н₂ (г)  С₂Н₆ (г),

если Н⁰ = -324,2 кДж/моль и S⁰ = -10,22 Дж/моль · К.

Решение: Связь между константой равновесия в стандартных условиях и стандартным изобарно-изотермическим потенциалом реакции выражается уравнением G = -RT In K

G⁰ = - 2,3  8,31  298 lg К. (1)

Стандартный изобарный потенциал связан со стандартными значениями энтальпии и энтропии реакции соотношением:

G⁰ = Н⁰ - ТS⁰. (2)

Найдем величину изобарно-изотермического потенциала по уравнению (2), используя исходные данные задачи, переведя Н⁰ в джоули.

G⁰ = -324200 – 298  (-10,22) = -321154 Дж/моль = -321,154 кДж/моль.

Теперь, пользуясь найденным значением и уравнением (1), рассчитаем lg K:

.

Откуда, К = 1,14.