Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебное пособие по общей, неорганической и аналитической химии (направление подготовки 36.03.02 – «Зоотехния», квалификация «бакалавр»)
.pdf
Контрольные задания
61. Как следует изменить объем реакционной смеси сис-
темы: 8NH
3(г)
+ 3Br
→6NH4Br
2(ж)
(к)
+ N
2(г)
,
чтобы скорость реакции увеличилась в 25 раз?
Ответ: 1,5 раз
62. Начальные концентрация исходных веществ в сис-
теме N
2(г)
+3H
↔ 2NH
2(г)
3(г)
составили: азота – 2 моль/л, водорода – 4 моль/л. Как изменится скорость данной реакции при снижении концентрации
водорода в результате реакции до 2,8 моль/л?
Ответ: 3,6 раза.
63. Как изменится скорость реакции
2H2S
+3O
(г)
→2SO
2(г)
+ 2H2О
2(г)
(г)
Если: а)уменьшить объем реакционной смеси в 2 раза?
б)увеличить концентрацию сероводорода в 3 раза?
Ответ: 32 раза; 9 раз.
64. При повышении температуры с 55 до 85оС скорость
гомогенной реакции возросла в 80 раз. Рассчитайте температурный коэффициент реакции. Ответ: 4,3.
65. При повышении температуры с 40 до 75оС скорость
гомогенной реакции возросла в 120 раз. Как изменится скорость данной реакции при повышении температуры с 75 до
100оС? Ответ: 30,6 раз
66. Как следует изменить давление в системе
2 NО
(г)
+ Cl
→2 NОCl
2(г)
(г)
;
чтобы скорость реакции возросла в 125 раз?
Ответ: 5 раз.
51
67. Как изменится скорость реакции, протекающей в
системе: MnO
+ 4HCl
2(к)
→ MnCl
(г)
2(к)
+ Cl
2(г)
при изменении давления в ней в 3 раза?
Ответ: 81 раз.
68. Начальная концентрация исходных веществ в систе-
ме 4HI
(г)
+O
2(г)
→2I
+ 2H2О
2(г)
(г)
была равна 0,7 и 0,3 моль/л. Как изменится скорость реакции
к тому моменту, когда концентрация I2 станет равна 0,2
моль/л? Ответ: 44,4 раза
69. Константа скорости реакции омыления уксусноэти-
лового эфира:
СН3СООС2Н
5(р-р)
+ КОН
→СН3СООК
(р-р)
+С2Н5ОН
(р-р)
(р-р)
равна 0,1 л/моль∙мин. Начальная концентрация уксусноэтилового эфира была равна 0,01 моль/л, а щелочи – 0,05 моль/л.
Вычислите начальную скорость реакции и в тот момент, когда
концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л.
Ответ: 5,0·10
-5
и 3,84·10
-5
моль/л·мин.
70. При увеличении температуры в системе на 45о ско-
рость гомогенной реакции возросла в 65 раз. Вычислите температурный коэффициент скорости реакции. Как изменится
скорость данной реакции при охлаждении реакционной смеси с 80 до 50оС? Ответ: 2,5; в 15,625 раз.
V.VI ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Реакции, протекающие одновременно в прямом и обратном направлениях, называются обратимыми. Состояние системы, когда в ней протекают два противоположно направленных химических процесса с одинаковой скоростью, называется состоянием химического равновесия (рис.8).
52
Рис. 8
Например,
V1
N2 + 3H2 ----> 2NH3 − ∆H (Q > 0)
V1 = k1 [N2]∙[H2]3
V2
2NH3 ----> N2 + 3H2 + ∆H (Q < 0)
V2 = k2 [NH3]2
---------------------------------------------- N
2(г)
+ 3H
2NH
2(г)
3(г)
в момент равновесия :
V1 = V2 и k1 [N2]∙ [H2]3 = k2 [NH3]2
[NH3]2
Kp = ――――-
[N2]∙ [H2]3
Кр ─ константа равновесия.
Если обратимую реакцию записать в общем виде
k1
aA + bB cC + dD ,
k2
то в состоянии равновесия: V1 = V2 , т.е.
53
k1∙[A]a∙[B]b = k2∙[C]c∙[D]d ,
где [A] , [B] , [C] , [D] – равновесные концентрации ве-
ществ А, В, С, D.
Откуда можно записать выражение константы равнове-
сия:
[C]c∙[D]d
Kp = ―――――
[A]a∙[B]b
Константа равновесия зависит от природы реагирующих
веществ и температуры, но не зависит от концентрации и катализатора.
Смещение химического равновесия.
Принцип Ле Шателье
Состояние химического равновесия зависит от температуры, давления, концентрации реагентов. Изменение даже одного фактора приводит к смещению равновесия. Влияние
этих факторов описывается
принципом смещения равновесия Ле Шателье:
при всяком внешнем воздействии на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, равновесие
смещается в таком направлении, которое приводит к ос-
лаблению этого воздействия.
Основные выводы из принципа Ле Шателье:
1. Равновесие смещается вправо при увеличении концентраций исходных веществ и уменьшении концентраций
продуктов реакции. Равновесие смещается влево при уменьшении концентрации исходных веществ и увеличении концентрации продуктов реакции.
2. При повышении температуры равновесие смещается в
сторону эндотермической реакции, а при понижении – в сторону экзотермической реакции.
54
3. При увеличении давления равновесие смещается в
сторону уменьшения объёма, т.е. уменьшения числа молей
газа, а при уменьшении давления – в сторону увеличения числа молей газа.
Для примера рассмотрим равновесную газовую систему:
N
2(г)
+ 3H
2NH
2(г)
3(г)
.
Согласно закону смещения, уменьшение концентрации
одного из компонентов вызовет сдвиг химического равновесия в сторону образования компонента.
Уменьшение концентрации азота или водорода вызовет
смещение равновесия в сторону разложения аммиака.
Уменьшение концентрации N2 или H2
<――――――――――――――――――
N2 + 3H2 2NH3
――――――――――――――――――>
Увеличение концентрации N2 или H
2
При повышении температуры равновесие смещается в
сторону эндотермической реакции, при понижении – в сторону экзотермической реакции.
экзотермический процесс (понижение температуры)
――――――――――――――――>
N2 + 3H2 2NH3
<―――――――――――――――
эндотермический процесс (повышение температуры)
При увеличении давления равновесие смещается в сто-
рону реакции, приводящей к образованию меньшего числа
молекул, при уменьшении давления – наоборот.
55
Увеличение давления (уменьшение общего числа моле-
СO
C
OH
C
2
ОНСО
НСО
СС
СС
2
22
кул в равновесной системе)
―――――――――――――――――>
N
2(г)
+ 3H
2NH
2(г)
3(г)
<―――――――――――――――――
уменьшение давления (увеличение общего числа моле-
кул в равновесной системе)
Если в процессе обратимой реакции общее число молекул не меняется, изменение давления не влияет на состояние
химического равновесия газовой системы. Например, реакция, протекающая по уравнению
H
2(г)
+ I
2HI
2(пар)
не сопровождается изменением общего числа молекул
газа в системе.
Примеры решения задач
Пример 1. Константа равновесия гомогенной системы
СО (г)+Н2О (г) ↔СО2 (г)+Н2 (г)
при 850°С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: (
)
=З моль/л, (
исх.
)
=2 моль/л.
исх.
Решение. При равновесии скорости прямой и обратной
реакции равны, а отношение констант этих скоростей называется константой равновесия данной системы и выражается
через равновесные концентрации участников реакции следующим образом:
К
равн.
=
56
В условии задачи даны исходные концентрации тогда
2
СO
C
2
СО
С
2
Н
С
СО
С
ОН
С
2
)2()3(
2
хх
х
2
СО
С
2
Н
С
СО
С
ОН
С
2
как в выражение К
входят только равновесные концентра-
равн.
ции всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации (
)
== х моль/л. Согласно урав-
равн.
нению реакции:
х моль х моль х моль х моль
СО (г)+Н2О (г) ↔ СО2 (г)+Н2 (г)
1моль 1моль 1моль 1моль
число молей образовавшегося водорода при этом будет также
х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н2О расходу-
ется для образования по х молей СО2 и Н2. Следовательно,
равновесные концентрации всех четырех веществ будут:
(
)
= (
равн.
(
)
= (З — х) моль/л;
равн.
(
)
= (2 — х) моль/л.
равн.
)
= х моль/л;
равн.
Зная константу равновесия, находим значение х, а затем
и исходные концентрации всех веществ:
1 =
Отсюда х = 1,2 моль/л. Таким образом, равновесные
концентрации участников реакции:
(
)
равн.
= (
)
=1,2 моль/л; (
равн.
1,8 моль/л;
(
)
= (2 — 1,2) = 0,8 моль/л.
равн.
Пример 2. Эндотермическая реакция разложения пента-
хлорида фосфора протекает по уравнению
РСl5 (г) ↔РСl3 (г) + С12 (г);∆H
57
,
)
= (З — 1,2) =
равн.
= + 92,59 кдж.
х.р.
Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) кон-
25
01,001,0
05,0
2
2
22
IH
HI
cc
c
K
центрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции — разложения РСl5?
Решение. Смещением или сдвигом химического равно-
весия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий
реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье:
а) так как реакция разложения РСl5 эндотермическая
(∆Н
>0), то для смещения равновесия в сторону прямой ре-
х.р.
акции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение РСl5 ведет к увеличению объема (из одной
молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то
для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо
уменьшить давление;
в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl5 так и
уменьшением концентрации РСl3 или С12.
Пример 3. Равновесие в системе H
2(г)
+ I
↔ 2HI
2(г)
уста-
(г)
новилось при следующих концентрациях участников реакции:
HI – 0,05 моль/л, водорода и иода – по 0,01моль/л. Как изменятся концентрации водорода и иода при повышении концентрации HI до 0,08моль/л?
Решение. Зная равновесные концентрации участников
реакции, можно рассчитать константу равновесия данной реакции:
;
При повышении концентрации HI до 0,08моль/л равновесие сместится в обратном направлении, т.е.более интенсивно начнет протекать обратная реакция
хмоль хмоль 2хмоль
58
H
25
)01,0()01,0(
)208,0(
2
хх
х
К
2(г)
+ I
2(г)
↔ 2HI
(г)
1моль 1моль 2моль
Если убыль HI к моменту достижения нового состояния
равновесия принять равной 2х моль, то прирост концентраций Н2 и I2 к этому моменту составит х моль; подставив
новые равновесные концентрации в выражение для константы
равновесия, получим:
, откуда х = 0,004,
и новые равновесные концентрации Н2 и I2 составят
(0,01+0,004) = 0,014 моль/л.
Контрольные задания
71. При каких условиях равновесие реакции
MnO
+ 4HCl
2(к)
↔ MnCl
(г)
2(к)
+ Cl
2(г)
будет смещаться в сторону образования Cl2? Напишите
выражение константы равновесия данной реакции.
72. В каком направлении будет смещаться равновесие
системы 2 СО
↔ 2 СО
2(г)
(г)
+ О
; ΔН
2 (г)
о
= + 566 кДж
298
при: а) увеличении давления в системе; б) увеличении концентрации СO; в) введении катализатора; г) уменьшении
температуры? Напишите выражение константы равновесия
данной реакции.
73. Как повлияет на выход SO2 в системе:
SO
+ C
3(г)
↔ SO
(к)
2(г)
+ CO
(г)
а) уменьшение общего объема смеси; б) уменьшение
концентрации SO3; в) введение катализатора?
74. Напишите выражение для константы равновесия го-
могенной системы
59
СН
4(г)
+ СО
↔ 2 СО
2(г)
+ 2 Н
(г)
ΔН
2(г)
о
298
>0;
Как следует изменить температуру и давление, чтобы
увеличить выход водорода? Как повлияет на величину выхода
водорода увеличение концентрации СО?
75. Восстановление Fe2O3 водородом протекает по урав-
нению
Fe2O
3(к)
+ 3 H
↔ 2 Fe
2(г)
+ 3 H2O
(к)
(г)
; ΔН
о
= +98,6 кДж
298
В каком направлении сместится равновесие системы а)
при уменьшении температуры;
б) увеличении концентрации водорода; в)понижении
давления? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.
76. Константа равновесия системы СCl
при температуре 700 К составляет 0,77. Начальная концен-
(к)
↔ 2Cl2
4(г)
(г)
+C
трация СCl4 равна 3,2 моль/л. Рассчитайте равновесные концентрации участников реакции. Ответ:2,5 моль/л; 1,4 моль/л.
77. Исходные концентрации монооксида углерода и во-
дяного пара в системе:
СО + Н2О ↔ СО2 + Н
2
составляли соответственно 0,09 и 0,03 моль/л. К моменту равновесия прореагировало 22% СО. Найдите равновесные концентрации остальных участников реакции и константу равновесия. Ответ:0,02моль/л;0,07моль/л;0,01моль/л;0,57.
78. В каком направлении сместится равновесие систе-
мы СО
+ 3 Н
(г)
↔ СН
2(г)
4(г)
+ Н2О
; ΔН
(г)
о
<0
298
а) при повышении температуры; б) введении катализатора;
в)понижении давления? Напишите выражение константы
равновесия данной реакции.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]