Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая химия. Сборник заданий с примерами решений. Учебное пособие
.pdf
Решение
р
я
р
я
)
p
p
t
Для рассматриваемого процесса
o
= 2(–46,19) = –92,38 кДж · моль–1,
H
298
r
реакция является экзотермической.
Применим принцип Ле Шателье–Брауна к рассматриваемой реак-
ции, для чего будем руководствоваться следующей таблицей.
Смещение химического равновесия (принцип Ле Шателье–Брауна)
Фактор
Повышение
температуры
Повышение
давления
(сжатие смеси)
Увеличение
концентрации
одного из реа-
гентов
Увеличение
концентрации
одного
из продуктов
Введение
инертного газа
при V = const
Введение
инертного газа
при p = const
Введение
одного из реа-
гентов при
= const
Направление
смещения
авновеси
Эндотермическая
→
Экзотермическая
←
Δrn < 0 →
Δrn > 0 ←
→
←
→ (не всегда)
Фактор
Снижение тем-
пературы
Уменьшение
давления
(расширение
смеси
Уменьшение
концентрации
одного
из реагентов
Уменьшение
концентрации
одного
из продуктов
Равновесие не смещается
Δrn < 0 ←
Δrn > 0 →
Введение
одного из про-
дуктов при
= cons
Направление
смещения
авновеси
Эндотермическая
←
Экзотермическая
→
Δrn < 0 ←
Δrn > 0 →
←
→
← (не всегда)
Введение
катализатора
Равновесие не смещается
41
Стрелочками покажем смещение равновесия в системе при изме-
R
p
p
нении внешних условий согласно условию задачи:
а) ←; б) →; в) Δ
n = –2: →; г) ←; д) ←.
r
Подтвердим сделанные выводы на основании изобары Вант-Гоффа:
ln
K
p
T
p
Так как реакция экзотермическая
H
r
T
H
r
o
.
2
o
< 0, то
ln
K
p
T
< 0, и с
повышением температуры константа равновесия будет уменьшаться,
равновесие сместится в сторону реагентов.
Влияние давления рассмотрим на зависимости K
от давления, ко-
х
торая определяется следующим соотношением:
ln
K
x
V
r
T
.
RT
Таким образом, в случае реакции, сопровождающейся уменьшени-
ем объема реакционной смеси (Δ
n < 0), возрастание давления приво-
r
дит к увеличению численного значения константы равновесия, равновесие сместится в сторону продуктов реакции.
Пример 3.5. Рассчитайте по методу Темкина–Шварцмана констан-
ту равновесия K
при 1200 К для реакции С
р
+ СО
(т)
= 2СО
2(г)
.
(г)
Решение
Выпишем необходимые для решения задачи справочные данные
(см. табл. П1).
Теплоемкость, Дж(моль · К)–1
o2
CabTcT
–1
p
a b·10
3
'
–5
c′·10
Вещество
С
(тв)
CO
–393,51 213,6 44,14 9,04 –8,53
2(г)
СO
–110,5 197,4 28,41 4,10 –0,46
(г)
o
H ,
f
298
кДж · моль
–1
o
S ,
298
Дж(моль · К)
0 5,74 17,15 4,27 –8,79
42
Окончание таблицы
Реакция
r
o2
CabTcT
.
rp r r r
–1
a
r
r
b·10
кДж
o
H ,
298
r
.
моль
–1
Дж(моль · К)
o
S ,
298
r
172,5 175,5 –4,47 –5,11 16,4
'
3
r
c′·10
–5
Изменения термодинамических функций и коэффициентов уравнения температурной зависимости теплоемкости рассчитывали следующим образом:
2 (CO) (CO ) (C)
ff f f
r
2
Выписываем необходимые величины M
n
.
при температуре 1200 К
(см. табл. П9).
Т, К М0 М1·10
–3
1200 0,6410 0,3389 0,3176
М–2·10
5
По методу Темкина–Шварцмана (см. табл. П9) энергию Гиббса
можно рассчитать следующим образом:
oo o
GHTSTaMbMcM
rT r r r r r
298 298 0 1 2
Учтем ее связь с константой
(')
oo
GRTK
298
rp
ln
, перейдем к десятич-
.
ным логарифмам и получим следующее соотношение:
oo
HS
o
lg ( ' )
KaMbMcM
prrr
298 298
rr
2,3 2, 3 2, 3
RT R R
1
01 2
172 500 175,5 1
2,3 8,31 1200 2,3 8,31 2,3 8,31
335 5
5,11 10 0, 3389 10 16, 4 10 0, 3176 10 ) 1,7
o
K
p
Kр = 50,12 атм.
50,12;
(4,470,6410
.
43
Пример 3.6. Рассчитайте равновесные парциальные давления всех
р
p
K
компонентов реакции N
= 2N, исходное давление азота и степень его
2
термической диссоциации, если известно, что при температуре 6000 К
= 1,0133·105 Па (1 атм) константа равновесия Kр равна 5,7·104 Па.
и р
0
Решение.
Пусть исходная смесь содержала n моль N
. Обозначим степень
2
диссоциации азота α. Тогда, исходя из условий задачи, составляем таблицу.
Вещество Взято Прореагировало Получено Равновесие
N2 n nα – n(1 – α)
N 0 – 2nα 2nα
Суммарное количество вещества в равновесной смеси:
12 1nn n n
.
Парциальные давления веществ в равновесной смеси:
1
где
pp p
N0 0
pp p
N0 0
– общее давление газовой смеси.
0
n
2
11
n
22
n
11
n
1
,
,
Полученные значения парциальных давлений подставляем в константу равновесия:
2
p
Kp
N
p
p
N
2
1
4
2
.
0
2
Решаем это уравнение относительно α:
K
2
4
pK
0
, откуда
p
1,2
p
Kp
p
.
4
0
44
K
р
р
Значение α < 0 отбрасываем. Таким образом,
p
Kp
4
p
Следовательно, состав газовой смеси зависит от давления газовой
смеси
.
0
При давлении
= 1,0133 · 105 Па получаем:
0
.
0
5,7 10 4 1,0133 10
5, 7 10
45
4
0,1233 0,35
.
Парциальные давления (в атмосферах) веществ в равновесной смеси равны:
10,35
10,481
p
N
2
10,35
20,35
10,519
p
N
10,35
Исходное давление азота равно
0
p
N
атм;
атм.
p
2
110,35
0,481
N
2
0,74
атм.
45
4. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ
И КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
Задание № 4
Задача 4.1
Дан раствор веществ А и В данной концентрации, плотность этого
раствора при температуре
тайте:
1) молярную концентрацию вещества;
2) моляльную концентрацию вещества;
3) молярную долю вещества А в процентах;
4) число молей растворителя, приходящееся на 1 моль растворен-
ного вещества.
Т равна (см. вариант, табл. 4.1). Рассчи-
Таблица 4.1
Номер
варианта
1 97 CBr3CHO H2O 323 2,628
2 94 CBr3CHO H2O 313 2,566
3 91 CBr3CHO H2O 313 2,485
4 87 CBr3CHO H2O 313 2,340
5 80 CBr3CHO H2O 313 2,106
6 73 CBr3CHO H2O 313 1,938
7 63 CBr3CHO H2O 313 1,725
8 45 CBr3CHO H2O 313 1,476
9 72 C6H5(SO3H) H2O 298 1,281
10 66 C6H5(SO3H) H2O 298 1,256
11 61 C6H5(SO3H)
Массовое
содержание А, %
Вещество
А В
H2O 298 1,235
46
Т, К
·10–3,
кг·м
–3
Окончание табл. 4.1
Номер
варианта
Массовое
содержание А, %
12 80 C6H3(OH)
13 62 (CH2)4O
14 57 C10H
Вещество
А В
3
2
8
H2O 293 1,208
H2O 293 1,041
CH3COCH3 293 0,992
Т, К
·10–3,
кг·м
–3
15 50 C10H8 CH3COCH3 293 0,968
16 43 C10H8 CH3COCH3 293 0,945
17 37 C10H8 CH3COCH3 293 0,921
18 30 C10H8 CH3COCH3 293 0,900
19 28 C10H8 CH3COCH3 293 0,875
20 17 C10H8 CH3COCH3 293 0,850
21 12 C10H8 CH3COCH3 293 0,835
22 80 C6H14 CH3COCH3 293 0,765
23 60 C6H14 CH3COCH3 293 0,741
24 40 C6H14 CH3COCH3 293 0,719
25 20 C6H14 CH3COCH3 293 0,692
Задача 4.2
Смешали определенные массы вещества А (m(А)) и вещества В
m(B)) (см. вариант, табл. 4.2). Рассчитайте температуру кристаллиза-
(
ции и температуру кипения раствора (криоскопические и эбулиоскопические постоянные растворителей, табл. П10).
Таблица 4.2
Номер
вари-
Вещество А Вещество В m(А), г m(В), г
анта
1 Глюкоза Вода 9,0 200
2 Глицерин Этанол 4,6 100
3 Метанол Хлороформ 6,4 400
4 Камфора Уксусная кислота 3,02 100
5 Мочевина Вода 18,0 300
6 Анилин Четыреххлористый углерод 3,72 200
47
Окончание табл. 4.2
Номер
вари-
анта
7 Хлороформ Бензол 11,95 200
8 Метанол Ацетон 3,84 150
9 Толуол Уксусная кислота 36,8 400
10 Глицерин Вода 9,2 100
11 Бензойная кислота Четыреххлористый углерод 3,66 60
12 Ванилин Хлороформ 1,52 200
13 Камфора Бензол 4,53 300
14 Анилин Ацетон 9,3 100
15 Йодоформ Уксусная кислота 15,76 400
16 Диоксан Вода 88,0 500
17 Гидрохинон Ацетон 22,0 250
18 Гексан Хлороформ 3,44 300
19 Бензойная кислота Ацетон 24,4 200
20 Камфора Уксусная кислота 3,8 250
21 Сахароза Вода 300 1000
22 Нафталин Четыреххлористый углерод 1,28 100
23 Диэтиловый эфир Хлороформ 7,4 250
24 Хлорбензол Бензол 22,5 200
25 Бензальдегид Ацетон 4,24 400
26 Диоксан Уксусная кислота 4,4 200
Вещество А Вещество В m(А), г m(В), г
Задача 4.3
При растворении неэлектролита А массой m(А) г в растворителе S
массой
соответственно понизились) на ∆
Рассчитайте молярную массу растворенного вещества и сравните ее с
теоретическим значением (см. табл. П11).
m(S) температуры кипения (или замерзания) повысились (или
Т градусов (см. вариант, табл. 4.3).
48
Таблица 4.3
Номер
вари-
Вещество А m(А), г
Растворитель
S
m(S), г ∆Т
, °С ∆Т
кип
анта
1 Сера 3,24 Бензол 40 0,81
2 Глюкоза 45,35 Вода 500 0,258
3 Глицерин 2156,0 Вода 2000 6,0
4 Метанол 1600 Вода 9000
5 Этанол 500 Вода 250
6 Сахароза 18,40 Вода 100
7 Сахароза 65,80 Вода 100 1,0
8 Этанол 40,0 Вода 60
9 Глюкоза 9,0 Вода 100 0,26
10 Сера 0,512 Сероуглерод 10,0 0,37
11 Анилин 18,62 Бензол 750
12 Нитробензол 6,15 Бензол 250
13 Сильван 2,05 Вода 50,0
14 Бензол 39,06 Ацетон 1000 0,75
15 Толуол 9,21
16 Анилин 12,0
17 Глюкоза 50 Вода 450
18 Нафталин 1,538 Бензол 125
19 Глицерин 9,90 Вода 200
Уксусная
кислота
Этиловый
эфир
150
200 0,4
20 Сахароза 162,0 Вода 838 1,05
21 Камфора 58,0 Бензол 942
22 Сера 3,20 Сероуглерод 327 0,7
23 Этанол 5,18 Вода 150
24 Этиленгликоль 500 Вода 1000
25 Мочевина 1,74 Вода 45,0
26 Антрацен 10,0
Уксусная
кислота
122 1,03
, °С
зам
8,0
20,0
1,0
27,0
1,365
1,38
0,93
2,5
1,14
0,51
1,0
2,05
1,39
15,0
1,2
49
Задача 4.4
Рассчитайте концентрацию вещества В (г/100 г H2O), если температура кипения водного раствора этого вещества при нормальном атмосферном давлении равна
Т
(см. вариант, табл. 4.4.)
кип
Таблица 4.4
Номер
варианта
Вещество В Т
кип
, °С
Номер
варианта
Вещество В Т
кип
, °С
1 Ba(NO3)2 101,7 14 NaCl 108,8
2 CaCl2 178,0 15 NaNO
3 CuSO
4
104,2 16 Na2S2O
4 KCl 108,5 17 Na2SO
5 KClO
3
104,4 18 Pb(NO3)
6 KI 185,0 19 Sr(NO3)
7 KNO
8 K2SO
3
4
115,0 20 ZnSO
102,1 21 BaCl
9 LiCl 168,0 22 CaCl
10 MgSO
11 MnSO
4
4
108,0 23 KOH 145,0
102,4 24 Ba(NO3)
12 NH4Cl 114,8 25 SrCl
13 (NH4)2SO
4
108,2 26 Sr(NO3)
3
3
4
4
2
2
2
120,0
126,0
103,2
103,5
2
106,3
2
105,0
102,0
129,7
101,0
2
115,1
105,2
2
Задача 4.5
Рассчитайте степень электролитической диссоциации слабого
электролита В, если растворение
массе воды создает в растворе осмотическое давление
табл. 4.5). Плотности растворов примите равными 1 кг · л
m граммов электролита В в данной
(см. вариант,
–1
.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]