
- •Консультация по теме «Химическая термодинамика. Равновесие»
- •Первый закон термодинамики:
- •Законы термохимии
- •Зависимость ΔrН0 от температуры:
- •Зависимость ΔrS от температуры:
- •Химическое равновесие
- •Для равновесной гомогенной системы действует закон действующих масс:
- •Смещение химического равновесия
- •Гетерогенное химическое равновесие
Гетерогенное химическое равновесие
Задача 24
Запишите выражение для константы химического равновесия гетерогенной химической реакции H2 (г) + I2 (к) → 2HI (г).
В каком направлении сместится равновесие данной химической реакции при увеличении общего давления в пять раз ?
Решение.
Константу гетерогенного химического равновесия можно записать через отношение равновесных концентраций или равновесных относительных парциальных давлений газообразных реагентов :
KС = [ HI ]2 / [ H2 ] , KP = pHI 2 / pH2
При увеличении общего давления в пять раз парциальные давления газообразных реагентов водорода и иодида водорода увеличатся в пять раз. Скорость прямой реакции при этом увеличится в пять раз, а скорость обратной реакции увеличится в 25 раз. Следовательно, равновесие в данной гетерогенной реакции сместится влево, количество получаемого продукта иодида водорода уменьшится в пять раз.
Задача 25
Рассчитайте константу гетерогенного химического равновесия для реакции H2(г) + I2(к)→ 2HI(г) , если реакция протекает при 400 К и стандартном состоянии реагентов.
Решение.
Рассчитаем термодинамические характеристики реакции по закону Гесса, используя табличные данные реагентов при 298 К и стандартном состоянии веществ.
H 0f, 298 , кДж /моль S0f, 298 , Дж /моль.К G0 f, 298 , кДж /моль
H2 , (Г) 0 130,58 0
I2 , (К) 0 116,73 0
HI, (Г) 29,94 206,3 1,3
Энтальпия химической реакции H0298=2 . 29,94 – 0 – 0 = + 59,88 кДж/ моль 0, процесс эндотермический.
Энтропия химической реакции S0 298 = 2 . 206,3 - 130,88 - 116,73 = + 165,29 Дж/ моль .К.
Энергия Гиббса химической реакции G0 298 = 2 . 1,3 – 0 – 0 = +2,6 кДж / моль 0 - реакция при стандартных состояниях реагентов и 298 К протекает самопроизвольно в обратном направлении.
Энергия Гиббса химической реакции при стандартном состоянии реагентов и 400 К: G0Т = H0 298 - Т S0 298
G0400 = 59,88 – 400 . 165,29 . 10 -3 = - 6,24 кДж / моль 0 - при стандартном состоянии реагентов и 400 К процесс протекает самопроизвольно в прямом направлении.
Константа равновесия гетерогенного процесса: KP = exp – G 0 /(RT) = exp -(–6,24. 10 –3 )/( 8,31 . 400 ) = 6,5 ;
КР 6,5
КC = = = 0,2 .
(RT) 0,082 . 400
Задача 26
Для гетерогенной химической реакции H2(г) + I2(к)→ 2HI(г) рассчитайте значения равновесных концентраций реагентов, если исходная концентрация водорода составляла 1 моль /л, КС = 0,2.
Решение.
Пусть к моменту равновесия прореагировало x моль /л водорода. Тогда, согласно стехиометрическим коэффициентам уравнения химической реакции, образовалось 2x моль/л иодида водорода, концентрация твердого реагента не изменилась.
Запишем константу гетерогенного химического равновесия через равновесные концентрации газообразных реагентов [HI ] 2 ( 2 x )2
KС = = = 0,2
[H2 ] 1 - x
Решая квадратное уравнение, рассчитаем количество прореагировавшего водорода (x моль/л): x1 = 0,2; x2= - 0,25. Отрицательное значение x не подходит по смыслу. Равновесные концентрации газообразных реагентов гетерогенной химической реакции составляют:
СН2 равн. = (1- x) = 1- 0,2 = 0,8 моль /л, СНI равн. = 2x = 2 . 0,2 = 0,4 моль /л
Задача 27
Зная исходные и равновесные концентрации газообразных реагентов гетерогенного химического процесса, определите изменение общего давления в реакторе к моменту установления равновесия в системе H2(г) + I2(к) →2HI (г), если исходная концентрация сoН2 = 40 моль/м3, а равновесные концентрации СН2 равн. = 10 моль/м3, СНI равн. = 60 моль/м3. `
Решение.
В исходной гетерогенной системе присутствовало одно газообразное вещество – водород, поэтому общее давление в системе определялось только парциальным давлением водорода. Используя основной газовый закон p = cRT , определим исходное парциальное давление водорода, равное общему давлению в исходной системе: pобщ = рН2 = 40 . 8,31 . 400 = 133 кПа.
В равновесной гетерогенной системе присутствуют два газа: водород и иодид водорода. Используя основной газовый закон, по известным равновесным концентрациям определим равновесные парциальные давления газов: рН2 = 10 . 8,31 . 400 = 33,3 кПа , рНI = 60 . 8,31 . 400 = 199,7 кПа.
Общее давление в равновесной гетерогенной системе определяется суммой равновесных парциальных давлений входящих в нее газов и составляет: pобщ = рН2 + рНI = 33,3 + 199,7 = 233 кПа .