Раздел 2. Основные теории химических процессов

Энергетика химических реакций.

1. Что такое параметры системы? Какие параметры Вы знаете?

Задача. Вычислить энтальпию образования газообразного серного ангидрида,

если при сгорании 16 г.

серы выделилось 197.6 кДж тепла.

2. Перечислить функции состояния системы.

Задача. Какое количество тепла выделится при сгорании 50 л метана (н.у.)?

3. Какие типы термодинамических процессов Вы знаете?

Задача. Сколько тепла выделится при сгорании 100 л угарного газа?

4. Закон Гесса и следствия, вытекающие из него.

Задача. При взаимодействии сульфида железа (II) с серной кислотой образовалось 5.6 л

сероводорода (н.у.) и выделилось 9,925 кДж тепла. Вычислить энтальпию образования

кристаллического сульфида железа (II).

5. Чем отличается энтальпия образования вещества от энтальпия реакции?

Задача. Найти энтальпию сгорания 1 м³ ацетилена (н.у.).

6. Какие процессы сопровождаются увеличением энтропии?

Задача. При образовании 40 г жидкого серного ангидрида из сернистого газа и кислорода

выделилось 85,5 кДж тепла. Составьте термохимическое уравнение этого процесса.

Определите энтальпию образования жидкого серного ангидрида.

7. Что называется стандартной энтальпией образования?

Задача. Не производя расчетов, оцените энтропию для процесса полного сгорания

сероводорода до газообразной воды, затем рассчитайте, пользуясь табличными данными.

8. Каков знак ∆ G процесса таяния льда при 263 К?

Задача. Какой объем водорода (н.у.) вступил в реакцию с азотом, если энтропия

процесса равна 50 Дж/моль К ?

9. Каков знак ∆ H процесса горения угля?

Задача. Рассчитайте, какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при стандартных условиях: CaO, FeO, CuO, PbO, Fe₂O₃, Cr₂O₃?

10. Каков знак ∆ S процесса сублимации “сухого льда”?

Задача. Рассчитайте, какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены водородом до свободного металла при стандартных условиях: CaO, ZnO, NiO, SiO₂, Al₂O₃?

Кинетика химических реакций

1. Дайте определение понятиям: гомогенная и гетерогенная реакции, скорость химической реакции, молекулярность и порядок реакции.

Задача. Рассчитайте константу скорости реакции 2NO + O₂ ↔ 2NO₂,если при концентрациях NO и O₂ , соответственно равных 0,5 и 0,1 моль/л, средняя скорость реакции равна 0,015 моль/л.с.

2. Перечислите факторы, влияющие на скорость химической реакции. Сформулируйте закон действующих масс и приведите его математическое выражение. Поясните физический смысл константы скорости химической реакции.

Задача. Во сколько раз изменится скорость реакции 2CO_(г) + O_2(г) ↔ 2CO_2(г) при: 1) увеличении концентрации CO в 6 раз, 2) при уменьшении давления в системе в 5 раз.

3. Объясните зависимость скорости реакции от температуры. Приведите формулировку и математическое выражение приближенного правила Вант-Гоффа. Поясните понятие температурного коэффициента скорости химической реакции.

Задача. На сколько градусов следует повысить температуру в реакционной системе, чтобы скорость реакции возросла в 100 раз (температурный коэффициент скорости ɤ = 2,78).

4. Сформулируйте закон действующих масс и его математическое выражение. Что такое общий порядок реакции?

Задача. Во сколько раз следует увеличить давление в реакционной системе 2SO_{2 (г) +} O_2(г) ↔2SO_3(г), чтобы скорость реакции возросла в 64 раза.

5. Приведите формулировку приближенного правила Вант-Гоффа. Что такое температурный коэффициент скорости химической реакции?

Задача. Некоторая химическая реакция завершилась за 32 минуты при 20^оC. За какое время эта реакция закончится при 50^оC, если температурный коэффициент ɤ=2?

6. Дайте понятие и приведите примеры гомогенной и гетерогенной реакций.

Задача. Как изменится скорость реакции 2Fe _{(тв) +} 3Cl_{2 (г)} ↔ 2FeCl_{3 (тв)} ,если одновременно увеличили давление в 7 раз, а температуру уменьшили на 40^оC ( температурный коэффициент ɤ = 3).

7. Объясните влияние температуры на скорость реакции. Дайте понятие энергии активации.

Задача. Чему равен температурный коэффициент скорости некоторой реакции, если при 60^оC реакция прошла за 5 минут, а при 20^оC за 1,5 часа?

8. Объясните влияние концентраций реагирующих веществ на скорость гомогенной и гетерогенной реакций. Приведите примеры таких реакций и выразите для них закон действующих масс.

Задача. В реакции H_{2 (г)} + Cl_{2 (г)} ↔ 2HCl _{( г)} концентрацию водорода увеличили от 0,1 до 0,48 моль/л , а концентрацию хлора уменьшили от 0,2 до 0,1 моль/л. Во сколько раз при этом изменилась скорость реакции?

9. Дайте определение понятиям: катализ, катализатор. Охарактеризуйте виды катализа: гомогенный, гетерогенный, ферментативный. Приведите примеры каталитических реакций.

Задача. При повышении температуры некоторой реакции на 10^ОC ее скорость возросла в 2,5 раз . Во сколько раз изменится скорость этой реакции при увеличении температуры на 45^ОС.

10. Объясните разницу между активаторами и ингибиторами, между гомогенным и гетерогенным катализом. Охарактеризуйте кратко механизм гомогенного катализа.

Задача. В начальный момент времени концентрации исходных веществ в реакции 2SO_2(г) + O_2(г) ↔ 2SO_3(г) составили: для SO₂ 0,08 моль/л, для O₂ 0,4 моль/л. Через некоторое время они уменьшились соответственно до 0,02 для SO₂ и 0,1 моль/л для O₂. Во сколько раз при этом уменьшилась скорость прямой реакции?

Химическое равновесие

1. Дайте определение понятиям : необратимые и обратимые химические реакции, химическое равновесие. Приведите по три примера необратимых и обратимых химических реакций.

Задача. На примере обратимой реакции 2SO_{2 (г)} + O_2(г) ↔ 2SO_3(г) ∆H<O рассмотрите влияние повышения температуры и давления , а также введения катализатора на химическое равновесие. Выразите константу равновесия и рассчитайте ее, если равновесные концентрации SO₂, O₂ и SO₃ соответственно равны 0,4 ; 0,25 и 0,8 моль/л.

2. Дайте понятие константы равновесия. Перечислите факторы, влияющие на константу равновесия. Выразите константу равновесия для реакции 4HCl_(г)+O_2(г)↔2H₂O_(г)+2Cl_2(г).

Задача. При некоторой температуре равновесие в реакции PCl₃ + Cl₂↔PCl₅ установилось при концентрациях веществ: PCl₃ – 0,08моль/л , Cl₂ – 0,12 моль/л, PCl₅ – 0,04 моль/л.

Рассчитайте константу равновесия и исходные концентрации PCl₃ и Cl₂.

3. Дайте формулировку принципа Ле- Шателье. На примере обратимой химической реакции 2NO_2(г)↔2NO_(г)+O_2(г) разберите влияние концентрации веществ, давления в системе , температуры и присутствия катализатора на химическое равновесие.

Задача. Равновесие в реакции 2NO _(г) + O_{2 (г)} ↔ 2NO_2(г) установилось при следующих концентрациях ( моль/л ): NO- 0,32; O₂ – 0,24; NO₂ - 0,20. Рассчитайте исходные концентрации NO и O₂, а также константу равновесия.

4. Применяя принцип Ле-Шателье, рассмотрите влияние понижения давления, повышения температуры, повышения концентрации любого из исходных веществ на направление смещения равновесия в обратимой реакции : 2А_2(г) + В_2(г) ↔ 2А₂В_(г) ∆H<O.

Задача. Исходная концентрация NO₂ в реакции 2NO_2(г)↔2NO_(г)+O_2(г) составляла 4моль/л

К моменту установления равновесия в этой обратимой системе прореагировало 60% этого вещества. Рассчитайте константу равновесия.

5. Объясните раличие между обратимыми и необратимыми химическими реакциями. Дайте определение понятию химического равновесия. Приведите выражение константы

равновесия для реакции С_(тв) + H₂O_(г) ↔ CO_(г) + H_2(г) ∆H>О. В каком направлении сместится равновесие в этой реакции при повышении температуры, понижении давления и введении катализатора.

Задача. В замкнутом сосуде объемом 10 литров находятся 4г водорода и 32г брома. К моменту установления равновесия в реакции между ними H_2(г) + Br_2(г) ↔ 2HBr_(г) прореагировало 80% исходного количества брома. Рассчитайте константу равновесия?

6. Перечислите факторы, влияющие на химическое равновесие. Применяя принцип Ле-Шателье, на примере обратимой химической реакции PCl_{5 (г)}↔ PCl_3(г) + Cl_2(г) ∆H>О рассмотрите влияние повышения давления в системе и понижения концентрации PCl₅ и Cl₂ на направление смещения равновесия. Выразите константу равновесия для указанной обратимой реакции.

Задача. В закрытом сосуде при некоторой температуре протекает обратимая реакция

CO_(г) + H₂O_(г) ↔ H_2(г) + CO_{2(г) .} Исходные концентрации (моль/л) CO и H₂O равны соответственно: 5,0 и 4,0 , а равновесная концентрация H₂ – 3,0. Рассчитать константу равновесия.

7. Сформулируйте закон действующих масс для химического равновесия и выразите его для обратимой химической реакции 2CO_(г) + O_2(г) ↔ 2CO_2(г) ∆H< 0. В каком направлении

сместится равновесие в этой реакции, если ввести катализатор, поднять температуру, понизить давление?

Задача. При некоторой температуре в замкнутом сосуде находятся угарный газ CO и кислород O₂ в концентрациях (моль/л) соответственно 2,5 и 3,0. Они взаимодействуют по выше приведенной реакции. К моменту установления равновесия в системе образовался углекислый газ в концентрации 1,2 моль/л. Рассчитайте равновесные концентрации исходных веществ и константу равновесия.

8. Приведите формулировку принципа Ле-Шателье. В каком направлении сместится равновесие в реакции образования аммиака N_2(г) + 3H_2(г) ↔ 2NH_3(г) ∆H< 0, если понизить температуру и давление? При каких условиях в промышленности получают аммиак и какой технологический параметр выбран вопреки принципу Ле-Шателье и почему?

Задача. При состоянии химического равновесия в приведенной выше реакции получения

аммиака присутствуют водород, азот и аммиак в следующих концентрациях соответственно: 6 моль/л , 8 моль/ и 4 моль/л. Рассчитайте исходные концентрации водорода и азота, а также константу равновесия.

9. Перечислите факторы, влияющие на константу равновесия. Как изменится выход продуктов обратимой химической реакции при возрастании (и уменьшении) величины константы равновесия? В каком направлении сместится равновесие в обратимой реакции при повышении температуры, если прямая реакция является экзотермической?

Задача. В равновесной системе FeO_(тв) + CO_(г) ↔ Fe_(тв) + CO_2(г) при некоторой температуре

концентрация углекислого газа составила 0,01 моль/л. Рассчитайте константу равновесия, если исходная концентрация угарного газа составила 0,05 моль/л.

10. Дайте определение понятиям: обратимые и необратимые химические реакции, химическое равновесие. Перечислите факторы, влияющие на химическое равновесие. Сформулируйте принцип Ле-Шателье.

Задача. В закрытом сосуде объемом 10 литров при некоторой температуре находилось 5 моль N₂O₄. К моменту установления равновесия в реакции его разложения N₂O₄ ↔ 2NO₂

осталось 3 моль N₂O₄. Рассчитайте константу равновесия.