химия + методичка / kontr_z.

и установить, может ли она протекать самопроизвольно при стандартных условиях (2C).

Ответ:+22,5 кДж.

172. Пользуясь справочными данными, показать, что реакция:

невозможна.

Ответ: +188,3 кДж.

173. Рассчитать реакции

и установить, в каком направлении она может протекать самопроизвольно при стандартных условиях.

Ответ: -31,03 кДж, 174. Рассчитать реакции

и установить, в каком направлении она может протекать самопроизвольно при стандартных условиях.

Ответ: -93,6 кДж,

175.Вычислить значение реакции

иустановить, может ли она протекать самопроизвольно в стандартных условиях?

Ответ: -130,79 кДж.

176.Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298К: СaO, ZnO, NiO?

Ответ: 375,6кДж: 89,61 кДж; -17,0 кДж.

177.Установить возможность (или невозможность) самопроизвольного протекания реакции при 298К.

51

Ответ подтвердите расчетом. Ответ: 257,3 кДж.

178. Какие из оксидов могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298 К: ? Ответ подтвердите

расчетом.

Ответ: 896,2 кДж; 431,4 кДж; -98,7 кДж.

179. Установить возможность (или невозможность) самопроизвольного протекания реакции:

при стандартных условиях. Ответ подтвердите расчетом. Ответ: -141,1 кДж.

180. Установить возможность (или невозможность) самопроизвольного протекания процесса: в стандартных ус-

ловиях. Ответ подтвердите расчетом. Ответ: -5,28 кДж.

181. Установить возможность (или невозможность) самопроизвольного протекания реакции:

при стандартных условиях. Ответ подтвердите расчетом. Ответ: 58,58 кДж.

182. Установить возможность (или невозможность) самопроизвольного протекания реакции при стандарт-

ных условиях. Ответ подтвердите расчетом.

Ответ: -514,22 кДж.

Химическая кинетика и равновесие

Кинетика – учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости

52

реакций является неравенство . Но это неравенство не явля-

ется еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических воз-

можностей реакции. Так, G0298 H2O(г) = -228,59 кДж/моль, а G0298 AlI3(к)=-313,8кДж/моль и, следовательно, при Т=298 К и P=1,013∙105

Па возможны реакции, идущие по уравнениям:

(1)

(2)

Однако эти реакции при стандартных условиях идут только в присутствии катализатора (платины для первой и воды для второй). Катализатор как бы снимает кинетический "тормоз", и тогда проявляется термодинамическая природа вещества.

Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основные из которых – концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.

Зависимость скорости реакции от концентрации определяется законом действующих масс: при постоянной температуре скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени, соответствующие стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Так , для реакции

,

где К – константа скорости реакции (удельная скорость). Она равна скорости реакции при концентрации реагирующих веществ, равных 1 моль/л.

K= , при CA=CB= 1 моль/л.

Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

53

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: . При новых концентрациях скорости прямой и обратной реакции:

.

Отсюда

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной - только в 9 раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования т.е. вправо.

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70°С, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа: при неизменной концентрации скорость большинства химических реакций увеличивается в 2…4 раза при повышении температуры на каждые

10°С.

или

,

54

где и – продолжительность реакций при температурах Т1 и Т2 (с, мин). γ=2…4 – температурный коэффициент реакции.

Следовательно, скорость реакции при температуре 70°С больше скорости реакции при температуре 30°С в 16 раз.

Пример. 3

Константа равновесия гомогенной системы

при 850°С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации:

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:

55

.

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение Кр входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрация Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также X моль/л. По столько же молей (X моль/л) СО и расходуется для образования по X молей

и . Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ

Зная константу равновесия, находим значение X, а затем исходные концентрации всех веществ:

56

.

Таким образом, искомые равновесные концентрации:

Пример4. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению

Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрaцию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции – разложения ?

57

Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет эффект внешнего воздействия. а) так как реакция разложения эндотермическая то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещение равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации , так и уменьшением концентрации или .

Пример 5. В сосуде объемом 10 л находится 20 г водорода и 508 г паров йода. Какова будет концентрация этих веществ через 6 с, если средняя скорость реакции равна 0,02 моль/л∙с?

Решение. Молярные массы водорода и йода равны соответственно 2 г и 254 г. Находим исходные концентрации реагирующих веществ. Исходные концентрации составляли: а) водорода =20/2 молей в 10л или 1 моль/л; б) йода =508/254 молей в 10 л или 0,2 моль/л. За 6 с концентрации водорода и йода уменьшились на:

0,02 моль/л∙с · 6с = 0,12 моль/л. Конечные концентрации реагирующих веществ стали равными: а) водорода: 1 - 0,12 = 0,88

моль/л; б) йода: 0,2 - 0,12 = 0,08 моль/л.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

183. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы

Как изменится скорость прямой реакции - образования аммиака, если увеличить концентрацию водорода в три раза?

184. В начальный момент протекания реакции

58

лите концентрацию водорода и аммиака, когда Ответ: 186. Начальные концентрации веществ в реакции

были равны (моль/л): .

Вычислите концентрации всех участвующих в реакции веществ после того, как прореагировало 60% .

Ответ: 0,14; 0,24; 0,76; 0,56.

187. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 до

. Температурный коэффициент реакции равен 3.

188.При 130°С некоторая реакция заканчивается за 9 минут. Рассчитайте через сколько минут закончится эта реакция: а) при 150°С; б) при 100°С, если температурный коэффициент реакции равен

3.

Ответ: а) 1 мин; б) 243 мин.

189.В гомогенной системе равновесные

Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации хлора и СО.

Ответ 190. Константа скорости реакции:

равна 0,6. Начальные концентрации (моль/л):. В результате реакции концентрация вещества B оказалась равной Вычислите, какова стала концентрация вещества A и начальную и конечную скорости реакций.

Ответ:

59

установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ:

. Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода.

Ответ:

193. При некоторой температуре равновесие гомогенной систе-

мы:

установилось при следующих концентрациях реагирующих ве-

Как изменится скорость прямой и обратной реакции и куда сместится равновесие, если увеличить давление в 2 раза?

195. Константа равновесия гомогенной системы:

при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, если исходные концентрации:

Ответ: 0,08моль/л; 0,02моль/л; ,32моль/л.

196. Вычислите константу равновесия для гомогенной системы

,

если равновесные концентрации реагирующих веществ:

60