9. Химическое равновесие

(задачи №№ 201 – 225).

Литература:

1. Глинка Н.Л. "Общая химия". - М.: Интеграл-Пресс. 2009г. 204 - 210с.

2. Коробейникова Е.Г., Чуприян А.П., Аксенов А.Н. Вопросы и задачи по химии. СПб. 2001 г. 16 - 17с

3. Глинка Н.Л. "Задачи и упражнения по общей химии". - Учебное пособие. - М.: КНОРУС, 2011, 240с.

Виды химических реакций. Константа равновесия обратимой реакции. Влияние температуры, давления, концентрации реагирующих веществ, добавок инертных газов и катализаторов на химическое равновесие. Принцип Ле Шателье и управление реакциями горения.

Характеристика цепных реакций. Цепные реакции как основа процессов окисления. Неразветвленные и разветвленные цепные реакции. Цепные реакции с вырожденным разветвлением.

Пример 9.1. Какими способами можно увеличить выход конечного продукта в следующей обратимой реакции: 2SO₂ + O₂ + Q  2SO₃. Реакция протекает в газовой фазе.

Решение:

Увеличение выхода конечного продукта SO₃ возможно в том случае, если равновесие в данной обратимой реакции будет смещено в сторону образования продукта реакции, т.е. вправо.

Влияние различных условий на смещение равновесия описывается принципом Ле Шателье.

1. Влияние температуры. Данная прямая реакция идет с поглощением тепла, т.е. является эндотермической.

Принцип Ле Шателье: увеличение температуры смещает равновесие в сторону эндотермических реакций (нагрев способствует протеканию эндотермической реакции);

уменьшение температуры смещает равновесие в сторону экзотермических реакций (охлаждение уменьшает выход продуктов эндотермической реакции).

Для увеличения выхода SO₃ (для смещения равновесия вправо) необходим нагрев реакционной системы.

2. Влияние давления (учитываются только газообразные вещества).

Реакция протекает в газовой фазе. Исходные вещества занимают больший объем

(3 V). Конечные вещества SO₃ только 2V.

Принцип Ле Шателье: повышение давления (сжатие) сдвигает равновесие в сторону веществ, занимающих меньший объем, т.е. в прямом направлении. Понижение давления (расширение системы) в сторону веществ, занимающих больший объем.

В нашем случае реакция идет с уменьшением объема, следовательно, процесс нужно проводить при высоком давлении. В этом случае выход SO₃ увеличится.

3. Влияние концентрации реагирующих веществ.

Принцип Ле Шателье:

Увеличение концентрации исходных веществ увеличивают выход продуктов реакции (сдвигают равновесие в сторону прямой реакции).

Уменьшение концентрации конечных веществ (т.е. отвод продуктов реакции из системы) увеличивает выход продуктов реакции (сдвигают равновесие в сторону прямой реакции).

Увеличение концентрации конечных веществ сдвигает равновесие в сторону обратной реакции (не способствует выходу продуктов реакции).

В данной задаче для увеличения выхода SO₃ необходимо увеличить концентрации исходных SO₂ и O₂, и уменьшить концентрацию SO₃ (т.е. обеспечить отвод продуктов реакции).

Варианты заданий

201. Как изменится скорость реакции:

2 NO_(г) + O_{2 (г)}  2NO_2(г)

если увеличить объем реакционного сосуда в четыре раза?

202. В каком направлении произойдет смещение равновесия системы:

Н_{2 (г)} + 2 S_(тв)  2 H₂S _(г) Q = 21,0 кДж,

если а) повысить температуру системы,

б) увеличить концентрацию водорода?

203. В каком направлении сместится равновесие в системах:

а) CO_(г) + Cl_2(г)  COCl_{2 (г) ,}

б) Н_2(г) + I_2(г)  2HI_(г),

если при неизменной температуре уменьшить давление путем увеличения объема газовой смеси?

204. В каком направлении произойдет смещение равновесия в системе:

2 СО_(г)  СО_2(г) + С_(тв) Q = 171 кДж,

если а) понизить температуру системы,

б) понизить давление в системе?

205. Во сколько раз изменится скорость реакции

2 А + В  А₂В,

если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?

206. В каком направлении произойдет смещение равновесия в системе:

2 SO_3(г)  2 SO_2(г) + O_2(г) Q = - 192 кДж,

если а) повысить температуру системы,

б) понизить концентрацию SO₂?

207. Во сколько раз следует увеличить концентрацию вещества В₂ в системе

2 А_2(г) + В_2(г)  2 А₂В_(г) , чтобы при уменьшении концентрации вещества А₂ в 4 раза скорость прямой реакции не изменилась?

208. В каком направлении произойдет смещение равновесия в системе:

СОСl_2(г)  CO_(г) + Cl_2(г),

если а) повысить давление в системе,

б) увеличить концентрацию СОСl₂?

209. Как изменится скорость реакции:

2 NO_(г) + O_2(г)  2 NO_2(г),

если а) увеличить давление в системе в 3 раза,

б) уменьшить объем системы в 3 раза,

в) повысить концентрацию NO в 3 раза?

210. В каком направлении произойдет смещение равновесия в системе:

CO_(г) + Cl_2(г)  COCl_2(г),

если а) увеличить объем системы,

б) увеличить концентрацию СО?

211. В каком направлении произойдет смещение равновесия в системе:

2 N₂O_5(г)  4 NO_2(г) + 5 O_2(г),

если а) увеличить концентрацию О₂,

б) расширить систему?

212. Выведите уравнение константы химического равновесия для реакции: MgO_(тв) + CO_2(г)  MgCO_3(тв) Q > 0.

Какими способами можно сместить химическое равновесие этой реакции влево?

213. Как изменятся скорости прямой и обратной реакции и в какую сторону сместится равновесие в системе А _(г)+ 2 В_(г)  АВ_2(г) , если увеличить давление всех веществ в 3 раза?

214. При состоянии равновесия в системе:

N_2(г) + 3 H_2(г)  2 NH_3(г) Q = 92,4 кДж

определить, в каком направлении сместится равновесие

а) с ростом температуры,

б) при уменьшении объема реакционного сосуда?

215. В каком направлении произойдет смещение равновесия в системе:

CO_2(г) + Н₂O_(г)  H₂CO_3(тв) +Q,

при а) расширении системы,

б) при увеличении концентрации углекислого газа?

216. Как изменится скорость прямой и обратной реакции в системе:

2 SO_2(г) + O_2(г)  SO_3(г),

если уменьшить объем реактора в 2 раза? Повлияет ли это на равновесие в системе?

217. Указать, какими изменениями концентраций реагирующих веществ можно сместить вправо равновесие реакции:

СО_2(г) + С_(тв)  2 CO_(г).

218. При каких условиях равновесие реакции:

4 Fe_(тв) + 3 O_2(г)  2 Fe₂O_{3 (тв)},

будет смещаться в сторону разложения оксида?

219. Обратимая реакция протекает в газовой фазе и в уравнении прямой реакции сумма стехиометрических коэффициентов больше, чем в уравнении обратной. Как будет влиять на равновесие в системе изменение давления? Объясните.

220. Какие условия будут способствовать большему выходу В по реакции: 2 А_(г) + Б_2(г)  2В_(г) , Q =100 кДж.

221. Метанол получается в результате реакции:

CO_(г) + 2 Н_{2 (г)}  CH₃OH_(ж) Q = 127,8 кДж.

Как будет смещаться равновесие при повышении

а) температуры,

б) давления?

222. Как повлияет на выход хлора в системе :

4 HCl_(г) + О_2(г)  2 Cl_2(г) + 2 Н₂О_(ж), Q = 202,4 кДж,

а) повышение температуры в системе,

б) уменьшение общего объема смеси,

в) уменьшение концентрации кислорода,

г) увеличение общего объема реактора,

д) введение катализатора?

223. В каком направлении сместятся равновесия в системах:

1) 2 CO_(г) + О_2(г)  2 CO_{2 (г) ,} Q = 566 кДж,

2) N_2(г) + О_2(г)  2 NO_(г) , Q = - 180 кДж,

если а) понизить температуру,

б) повысить давление?

224. В каком направлении сместятся равновесия в системах:

1) 2 CO _(г) + О_2(г)  2 CO_2(г) , Q = 566 КДж,

2) N_2(г) + О_2(г)  2 NO _(г) , Q = - 180 кДж,

если а) повысить температуру,

б) понизить давление?

225. Как повлияет на равновесие в следующeй реакции:

CaCO_3(тв)  CaO_(тв) + СО_2(г) , Q = - 179 кДж,

а) повышение давления,

б) повышение температуры?