- •Химическое равновесие введение
- •1. Теоретические основы химического равновесия
- •1.1. Типы равновесий в химических системах
- •Типы обратимых химических и физико-химических процессов
- •1.2. Условия химического равновесия
- •Термодинамическое условие химического равновесия
- •1.3. Закон действующих масс
- •1.4. Уравнение изотермы химической реакции. Влияние состава системы на направление химической реакции
- •1.5. Уравнения изобары и изохоры химической реакции. Влияние температуры на константу химического равновесия и направление химической реакции
- •Влияние температуры на величину константы равновесия и направление смещения равновесия на основе уравнения изобары химической реакции
- •1.6. Влияние давления на константу химического равновесия и направление химической реакции
- •Влияние давления на величину константы равновесия
- •1.7. Смещение химического равновесия
- •1.7.1. Определение направления смещения равновесия по принципу Ле Шателье
- •Смещение равновесия по принципу Ле Шателье
- •1.7.2. Определение направления смещения равновесия на основе термодинамических уравнений
- •1.8. Методы определения константы химического равновесия
- •Соотношение между величиной константы равновесия и выходом продукта реакции
- •Теоретические методы расчета константы равновесия
- •Экспериментальные методы определения константы равновесия
- •1.8.1. Термодинамический расчет константы химического равновесия
- •Термодинамические уравнения, необходимые для расчета
- •Уравнения расчета δg (т) при разных приближениях расчета δСр
- •1.8.2. Расчет константы химического равновесия в статистической термодинамике
- •1.8.3. Экспериментальное определение константы химического равновесия
- •Выбор анализируемого вещества на примере предлагаемых обратимых процессов
- •Выбор метода определения концентрации анализируемого вещества на примере предлагаемых в табл. 1.12 процессов
- •Алгоритм расчета равновесного состава системы объемом V м3
- •1.9. Задания для обучения и самоконтроля
- •Тест 1.9.1. Признаки химического равновесия
- •Тест 1.9.2. Типы равновесий в обратимых процессах
- •Тест 1.9.3. Термодинамические уравнения, отражающие влияние давления, температуры, состава системы на состояние химического равновесия
- •Тест 1.9.4. Выражение константы равновесия для реакции типа
- •Тест 1.9.5. Соотношение между константами равновесия Кр и Кс для реакции
- •Тест 1.9.6. Термодинамические уравнения, характеризующие состояние равновесия
- •2. Экспериментальные работы
- •Общие правила работы и техники безопасности в лаборатории
- •Основные правила проведения эксперимента
- •Правила оформления отчета
- •2.1. Тесты открытой формы для допуска студентов к работе
- •2.2. Лабораторные работы
- •Работа 1. Изучение химического равновесия гомогенной реакции в растворе
- •1. Теоретические основы работы
- •2. Методика выполнения работы
- •Варианты заданий к работе 1
- •Задание к работе 1
- •Экспериментальные данные к работе 1
- •3. Обработка экспериментальных данных
- •Алгоритм расчета равновесных концентраций
- •Объединенные экспериментальные и расчетные данные
- •4. Выводы по работе
- •В растворе гидролизующейся соли
- •1. Теоретические основы работы
- •2. Методика выполнения работы
- •5 Мл раствора во 2-ю колбу,
- •2,5 Мл раствора в 3-ю колбу,
- •0,5 Мл раствора в 4-ю колбу;
- •3. Обработка экспериментальных данных
- •Экспериментальные и расчетные данные
- •Характеристика процесса гидролиза соли
- •4. Выводы по работе
- •Работа 3. Изучение химического равновесия в растворе
- •1. Теоретические основы работы
- •2. Методика выполнения работы
- •Экспериментальные и расчетные данные к работе
- •3. Обработка экспериментальных данных
- •4. Выводы по работе
- •Контрольные вопросы
- •3. Задания для самостоятельной работы
- •3.1. Примеры решения задач
- •0,83 Моль.
- •3.2. Многовариантные задачи
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Значения коэффициентов уравнения
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •Варианты заданий
- •4. Тесты итогового контроля
- •Образец теста первого вида
- •Образец теста второго вида
- •Библиографический список
- •Приложения
- •1. Ответы на тесты для обучения и самоконтроля в разделе 1.9
- •Фундаментальные физические постоянные
- •Соотношения между единицами физических величин
- •Приставки для образования кратных и дольных единиц
- •Предельная молярная электрическая проводимость ионов в воде
- •Произведение растворимости малорастворимых солей при 25 оС
- •Константы диссоциации кислот и оснований в водных растворах при 25 оС
- •Оглавление
3.2. Многовариантные задачи
Многовариантные задачи отличаются по степени сложности, поэтому могут использоваться для аудиторной и внеаудиторной самостоятельной работы студентов, изучающих физическую химию по разным программам и учебным планам.
Задача 3.1. Газообразные вещества А и В реагируют с образованием газообразного вещества С (табл. 3.1).
Напишите выражение константы равновесия Кр и Кс, если равновес- ное количество вещества С равно х, исходные концентрации веществ А и В взяты в стехиометрических количествах, давление в системе Р, темпера-тура Т.
Рассчитайте Кр и Кс при 300 К, если Р = 7,5 · 104 Па; х = 0,45.
Определите степени превращения веществ А и В при 300 К.
Таблица 3.1
Варианты заданий
Номер варианта |
Уравнение реакции |
Номер варианта |
Уравнение реакции |
1 |
А + 2В = 1/2С |
14 |
2А + В = 3 С |
2 |
1/2А + В = 2С |
15 |
А + 1/2В = 2/3С |
3 |
3А + 1/2В = С |
16 |
2/3А + 1/2В = 2С |
4 |
2А + 3В = С |
17 |
А + 2/3В = 1/2С |
5 |
2А + В = 1/2С |
18 |
1/2А + 3В = 1/2С |
6 |
А + 1/2С = 3С |
19 |
А +2/3В = 2С |
7 |
А + 2В = 3С |
20 |
3А + 1/2В = 3/2С |
8 |
3/2А + В = 1/2С |
21 |
2А + 2/3В = С |
9 |
А + 1/2В = 2С |
22 |
2/3А + 3/2В = 1/2С |
10 |
3/2А + 1/2В = С |
23 |
А + 3/2В = 3С |
11 |
1/2А + В = 3С |
24 |
3А + 3/2В = 2С |
12 |
2А + В = 3/2С |
25 |
А + 1/2В = 1/3С |
13 |
2А + 3/2В = 1/2С |
26 |
2А + 3/2В = С |
Задача 3.2. При температуре Т в закрытом сосуде емкостью V в результате дегидратации кристаллогидрата А массой m происходит испарение части кристаллизационной воды, которое приводит к увеличению давления в равновесной системе на величину Р (табл. 3.2).
1. Определите количество и массу испарившейся воды в молях при установившемся равновесии.
2. Рассчитайте массу кристаллогидрата и напишите его изменившуюся формулу при установившемся равновесии.
3. Вычислите константу равновесия Кр при температуре Т.
4. Рассчитайте энергию Гиббса G(Т) процесса дегидратации кристал- логидрата А при температуре Т.
Таблица 3.2
Варианты заданий
Номер варианта |
Кристаллогидрат А |
m, кг |
V, м3 |
Т, К |
Р, Па |
1 |
LiBr · 2H2O |
0,047 |
6 |
130 |
133,3 |
2 |
LiI · H2O |
0,659 |
7 |
403 |
866,5 |
3 |
Na2HPO4 · 12H2O |
0,068 |
5 |
273 |
354,6 |
4 |
Na2HPO4 · 12H2O |
0,258 |
6 |
288 |
1 190,4 |
5 |
NaCOOCH3 · 3H2O |
0,057 |
3 |
298 |
851,8 |
6 |
Na2CO3 · 10H2O |
0,128 |
7 |
273 |
358,6 |
7 |
NaCOOCH3 · 3H2O |
0,019 |
6 |
273 |
120,0 |
8 |
Na2CO3 · 10H2O |
0,890 |
8 |
298 |
2 399,4 |
9 |
Na2CO3 · 10H2O |
0,500 |
9 |
288 |
1 161,0 |
10 |
NaCOOCH3 · 3H2O |
0,210 |
4 |
313 |
2 492,7 |
11 |
Na2HPO4 · 12H2O |
0,612 |
7 |
298 |
2 538,0 |
12 |
Na2SO4 · 10H2O |
0,035 |
8 |
273 |
373,2 |
13 |
Na2SO4 · 10H2O |
0,254 |
9 |
293 |
1 767,6 |
14 |
Na2SO4 · 7H2O |
0,018 |
4 |
297 |
2 439,4 |
15 |
MgCl2 · 6H2O |
0,856 |
10 |
343 |
1 999,5 |
16 |
FeSO4 · 7H2O |
0,081 |
4 |
298 |
1 940,8 |
17 |
CoSO4 · 7H2O |
3,010 |
10 |
298 |
2 210,1 |
18 |
CoCl2 · 6H2O |
0,622 |
8 |
313 |
2 826,0 |
19 |
NiCl2 · 6H2O |
1,495 |
9 |
309 |
2 999,3 |
20 |
CuSO4 · 5H2O |
0,416 |
3 |
298 |
1 037,1 |
21 |
ZnSO4 · 7H2O |
1,174 |
8 |
303 |
2 852,6 |
22 |
SrCl2 · 6H2O |
0,183 |
5 |
298 |
1 135,7 |
23 |
BaCl2 · 2H2O |
0,208 |
4 |
288 |
377,2 |
24 |
BaCl2 · 2H2O |
0,257 |
3 |
298 |
733,2 |
25 |
BaCl2 · 2H2O |
1,190 |
5 |
313 |
2 103,5 |
Задача 3.3. В гетерогенной системе протекает обратимая химическая реакция при температуре Т (табл. 3.3).
1. Рассчитайте энергию Гиббса реакции Gо(298) при стандартной тем- пературе 298 К.
2. Рассчитайте константу равновесия Кр при температуре Т, принимая Gо(298) = Hо(298) TSо(298).
3. Рассчитайте Кр при температуре Т по методу Темкина Шварцмана.
4. Рассчитайте по уравнению изотермы химической реакции энергию Гиббса G(Т), отнесенную к началу реакции, если исходные давления газообразных веществ В и Q соответственно равны p1 и p2. Определите направление протекания реакции.
Таблица 3.3