2.6. Расчет новых равновесных концентраций
Химическое равновесие является подвижным, это означает, что при изменении условий равновесия (температуры, давления, концентрации, объема) равновесие смещается, и через некоторое время система вновь достигает равновесия, но уже при новых равновесных концентрациях.
Для расчета новых равновесных концентраций, установившихся после смещения равновесия, необходимо знать:
-
константу равновесия (
),
и при этом помнить, что
=const
для данного процесса;
- предыдущие равновесные концентрации;
- направление смещения равновесие в результате изменения условий.
Пример 10. Равновесие в системе
N2(г) + H2(г) +2C(тв) 2HCN(г)
установилось
при равновесной концентрации синильной
кислоты (
),
равной 0,4 моль/л; начальные концентрации
азота и водорода составляли соответственно:
0,5 моль/л и 0,4 моль/л. После установления
равновесия концентрации азота и синильной
кислоты в равновесной смеси увеличили
в 2 раза. Рассчитайте новые равновесные
концентрации всех веществ.
Решение.
1).
Рассчитаем
гетерогенной реакции:
Углерод
С(тв)
– твердое вещество, не учитывается в
выражении константы равновесия. По
условию задачи С0(N2)=0,5
моль/л, С0(Н2)=0,4
моль/л и равновесная концентрация
моль/л. Используя уравнения (4) и (5) запишем
выражения для расчета равновесных
концентраций:
,
,
[HCN]=c0(HCN)+Δc(HCN)= Δc(HCN), т.к. c0(HCN)=0,
и Δc(HCN) = 0,4 моль/л.
=const;
моль/л.
Откуда
моль/л
моль/л
и константа равновесия
.
2). Определим направление смещения равновесия. По условию задачи при увеличении концентрации азота и синильной кислоты в равновесной смеси в 2 раза: новые начальные концентрации составят
моль/л;
2·[HCN]
= 2·0,4 = 0,8 моль/л;
[H2]
= 0,2 моль/л, т.к. ее не изменяли.
Определим во сколько раз возрастут скорости прямой и обратной реакций:
раза.
раза.
Поскольку,
при изменении условий скорость прямой
реакции увеличилась в два раза, а обратной
в 4 раза, выполняется условие:
,
значит, равновесие смещается влево. Это
означает, что в ходе установления нового
равновесного состояния концентрация
будет уменьшаться, а концентрация
и
– увеличиваться.
3). Новые равновесные концентрации можно рассчитать по формулам:
[N2]’=
;
моль/л;
.
Обозначим
=x
= const.
Получаем:
и
,
и соответственно
[N2]’ = 0,6 + x;
[H2]’ = 0,2 моль/л;
[HCN]’ = 0,8 – 2x.
Подставляем
эти значения в уравнение
и решаем относительно
.
,
откуда:
моль/л
– не имеет физического смысла, т. к.
не может быть больше 0,8 моль/л;
моль/л.
Новые равновесные концентрации:
моль/л
моль/л
моль/л.
Ответ: [N2]’ = 0,66 моль/л; [H2]’ = 0,2 моль/л; [HCN]’ = 0,68 моль/л.
Приложение 1
|
Федеральное агентство по образованию Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра химии
Индивидуальное задание по химии Тема:
Работу выполнил студент: ______________________ группа_____ «___»____________2010 г. Работу проверил преподаватель: ________________________ «___»____________2010 г.
Вариант №
Задачи: 1 2 3 4 5 6 7 8
Новосибирск 2010
|