9. Скорость химических реакций и равновесие
Пример 1. Как изменится скорость реакции 4Al + 3О2 ↔ 2Al2О3 при увеличении давления в 2 раза.
Решение. Поскольку
давление влияет только на газообразные
вещества
,
где V – скорость реакции; k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости химической реакции.
Таким образом, скорость прямой реакции увеличится в 23 = 8 раз. А скорость обратной реакции по формальным признакам не зависит от давления, так как исходным реагентом для обратной реакции является твердое вещество.
Пример 2. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры от 280 до 300 °С?
Решение. Простейшая зависимость скорости реакции от температуры выражается эмпирическим правилом Вант-Гоффа:
Vt+t / Vt= γt/10,
где Vt+t / Vt – изменение скорости реакции; γ- температурный коэффициент скорости реакции, значение которого для большинства реакций лежит в пределах 2-4.
Vt+t / Vt= 3300-280/10 = 32 = 9
При повышении температуры на 20 0C скорость реакции увеличится в 9 раз.
Пример 3. В системе А(г) + 2 В(г) = С(г) равновесные концентрации равны: [A] = 0,06 моль/л; [B] = 0,12 моль/л; [C] = 0,216 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ А и В.
Решение. Константа равновесия данной реакции выражается уравнением
.
Подставляя в него данные задачи, получаем
.
Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что согласно уравнению реакции из 1 моля А и 2 молей В образуется I моль С. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,216 моля вещества С, то при этом было израсходовано 0,216 моля А и 0,2162=0,432 моля В. Таким образом, исходные концентрации равны:
[A0] = 0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л,
[Во] = 0,12 + 0,432 = 0,552 моль/л.
Пример 4. Каким образом нужно изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие реакции в сторону прямой реакции - разложения РС15?
РС15(г) ↔ РС13(г) + С12(г); Н = +92,59 кДж.
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: а) Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции (∆Н > 0), а понижение - в сторону экзотермической (∆Н < 0). Так как реакция разложения РС15 эндотермическая (Н > 0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) Изменение давления оказывает влияние на равновесие в том случае, если в реакции участвует хотя бы одно газообразное вещество и число моль исходных газообразных веществ и газообразных продуктов реакции не одинаково. При уменьшении или увеличении давления равновесие смешается соответственно в сторону образования большего или меньшего числа моль газа. Так как в данной системе разложение РС15 ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) Если внешнее воздействие на систему проявляется в уменьшении концентрации одного из веществ, участвующих в реакции, то это смещает равновесие в сторону его образования. При увеличении концентрации одного из веществ равновесие системы смещается в сторону той реакции, которая ее уменьшает. Поэтому смешения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РС15, так и уменьшением концентрации РС13 или С12.
Задание: определить, как изменится скорость прямой реакции при изменении условий
|
№ задачи |
Уравнение реакции |
Условие |
|
261 |
А(г) + 2 В(г) = С(г) |
Повышение давления в 2 раза |
|
262 |
А(г) + В(г) = С(г) + D(тв) |
Повышение концентрации вещества А(г) в 3 раза |
|
263 |
А(г) + В(г) = 2С(г) + D(тв) |
Повышение давления в 4 раза |
|
264 |
А(г) + В(тв) = С(г) + D(тв) |
Повышение давления в 4 раза |
|
265 |
3А(тв) + В(г) = 2С(г) + D(г) |
Повышение концентрации вещества В(г) в 2 раза |
|
266 |
А(ж) + В(г) = С(г) + D(ж) |
Повышение концентрации вещества А(ж) в 3 раза |
|
267 |
А(г) + В(г) = С(ж) + D(тв) |
Повышение давления в 3 раза |
|
268 |
А(г) + 2 В(г) = С(г) |
Повышение концентрации вещества В(г) в 2 раза |
|
269 |
А(ж) + В(тв) = С(тв) + D(ж) |
Повышение давления в 3 раза |
|
270 |
А(тв) = С(г) + D(г) |
Повышение давления в 3 раза |
|
271 |
2А(тв) + В(г) = 3С(г) |
Повышение концентрации вещества А в 3 раза |
|
272 |
А(ж) + 2 В(ж) = С(ж) + D(ж) |
Повышение давления в 3 раза |
|
273 |
2А(г) + 3В(ж) = 3С(г) + 3D(тв) |
Повышение концентрации вещества В(ж) в 2 раза |
|
274 |
А(г) + 2В(г) = 3С(г) + D(тв) |
Повышение концентрации вещества А в 10 раз |
|
275 |
А(г) + В(ж) = С(г) + D(тв) |
Повышение давления в 5 раз |
|
276 |
А(г) + 2 В(г) = 3С(г) |
Повышение давления в 5 раз |
|
277 |
А(г) + В(г) = С(г) + D(тв) |
Повышение концентрации вещества А в 3 раза |
|
278 |
2А(г) + 2 В(г) = С(г) + D(тв) |
Повышение давления в 3 раза |
|
279 |
А(г) + 2 В(г) = С(г) + D(ж) |
Повышение давления в 3 раза |
|
280 |
3А(г) + 2 В(г) = 2С(г) |
Повышение концентрации вещества А в 10 раз |
Задание: вычислить показатель, отмеченный знаком «?», используя имеющиеся данные:
|
№ задачи |
Начальная температура, 0С |
Конечная температура, 0С |
Температурный коэффициент, γ |
Изменение скорости химической реакции |
|
281 |
50 |
? |
3,00 |
Увеличилась в 9 раз |
|
282 |
100 |
130 |
? |
Увеличилась в 27 раз |
|
283 |
50 |
? |
3,00 |
Уменьшилась в 9 раз |
|
284 |
100 |
80 |
2,00 |
? |
|
285 |
330 |
300 |
? |
Уменьшилась в 27 раз |
|
286 |
175 |
195 |
2,50 |
? |
|
287 |
340 |
330 |
2,80 |
? |
|
288 |
70 |
90 |
2,30 |
? |
|
289 |
70 |
90 |
? |
Увеличилась в 9 раз |
|
290 |
? |
140 |
3,00 |
Уменьшилась в 9 раз |
|
291 |
150 |
180 |
? |
Увеличилась в 8 раз |
|
292 |
200 |
? |
2,00 |
Увеличилась в 4 раза |
|
293 |
250 |
? |
2,00 |
Уменьшилась в 16 раз |
|
294 |
180 |
200 |
2,60 |
? |
|
295 |
230 |
240 |
2,40 |
? |
|
296 |
? |
220 |
3,50 |
Увеличилась в 3,5 раза |
|
297 |
200 |
170 |
? |
Уменьшилась в 8 раз |
|
298 |
160 |
200 |
2,00 |
? |
|
299 |
190 |
150 |
3,00 |
? |
|
300 |
? |
300 |
3,00 |
Увеличилась в 81 раз |
Задание: вычислить константу равновесия химической реакции и определить исходные концентрации вступивших в реакцию веществ
|
№ задачи |
Уравнение реакции |
Равновесные концентрации См, моль/л |
|
301 |
Cl2 + CO COCl2 |
См: Cl2=2.5 ; CO=1.8; COCl2=3.2 |
|
302 |
2NO2 2NO + O2 |
См: NO2=0.02; NO=0.08; O2=0.16 |
|
303 |
2SO2 + O2 2SO3 |
См: SO2=0.02; O2=0.4; SO3=0.3 |
|
304 |
N2 + 3H2 2NH3 |
См: N2=2.5; H2=1.8; NH3=3.6 |
|
305 |
2NO + O2 2NO2 |
См: NO=0.056; O2=0.028; NO2=0.044 |
|
306 |
2N2 + O2 2N2O |
См: N2=0.072; O2=1.12; N2O=0.84 |
|
307 |
H2 + I2 2HI |
См: H2=0.025; I2=0.005; HI=0.009 |
|
308 |
N2 + 3H2 2NH3 |
См: N2=3; H2=9; NH3=4 |
|
309 |
A + B C |
См: A=0.06; B=0.12; C=0.216 |
|
310 |
3 A + B ↔ 2 C |
См: A=0.03; B=0.01; C=0.08 |
|
311 |
2 NO2 ↔ 2 NO + O2 |
См: NO2 =0,006; NO =0,024; O2=0,012 |
|
312 |
CO + Cl2 ↔ COCl2 |
См: Cl2 =0,3; CO = 0,2; COCl2=1,2 |
|
313 |
2 SO2 + O2↔ 2SO3 |
См: SO2 =0,04; O2=0,06; 2SO3=0,02 |
|
314 |
N2 + 3H2 ↔ 2NH3 |
См: NH3 = 0,4; N2 = 0,03; H2 = 0,1 |
|
315 |
2 NO2 ↔ 2 NO + O2 |
См: NO2 =0,006; NO =0,024; O2=0,012 |
|
316 |
3 A + B ↔ 2 C |
См: A=0.03; B=0.01; C=0.08 |
|
317 |
H2 + I2 2HI |
См: H2=0.025; I2=0.005; HI=0.009 |
|
318 |
2NO + O2 2NO2 |
См: NO=0.056; O2=0.028; NO2=0.044 |
|
319 |
2SO2 + O2 2SO3 |
См: SO2=0.02; O2=0.4; SO3=0.3 |
|
320 |
CO + Cl2 ↔ COCl2 |
См: Cl2 =0,3; CO = 0,2; COCl2=1,2 |
Задание: Каким образом нужно изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие реакции в сторону прямой реакции?
|
№ задачи |
Уравнение реакции |
Н реакции, кДж |
|
321 |
MgCO3 (к) MgO (к) + CO2 (г) |
+ 101,7 |
|
322 |
CS2 (ж) + 3 О2 (г) СО2 (г) + 2 SO2 (г) |
- 1075,0 |
|
323 |
3 СаО (к) + Р2О5 (к) Са3(РО4)2 (к) |
- 739,0 |
|
324 |
2 РH3 (г) + 4 О2 (г) Р2О5 (к) + 3 Н2О (ж) |
-2360,4 |
|
325 |
СН3ОН(ж) + 3/2 О2 (г) СО2 (г) + 2 Н2О (ж) |
- 726,78 |
|
326 |
SO2 (г) + 2 H2S (г) 3 S (к) + 2 H2O (ж) |
- 234,5 |
|
327 |
Na2CO3 (к) + SiO2(к) Na2SiO3(к)+ CO2 (г) |
+ 819,3 |
|
328 |
CaO (к) + 3 С (к) СаС2 (к) + СО (г) |
+ 466,0 |
|
329 |
Hg(ONC)2 (к) Hg (г) + 2 CO (г) N2(г) |
+ 364,2 |
|
330 |
Na2O (к) + SiO2 (к) Na2SiO3 (к) |
- 243,5 |
|
331 |
N2(r) + О2(г) 2NO(r) |
+ 180,5 |
|
332 |
С2Н2(Г) + 2,5 О2(Г) Н2О(Г) + 2СО2(Г) |
- 130 |
|
333 |
2NaOH + H2SO4 Na2 SO4 + 2H2O |
- 131,4 |
|
334 |
NaOH + H2SO4 NaHSO4 + H2O |
- 61,7 |
|
335 |
NaHSO4 + NaOH Na2SO4 +H2O |
- 69,7 |
|
336 |
Fe2O3 + 2A1 А12О3 + 2Fe |
-853,8 |
|
337 |
СН4 = Сгр + 2Н2 |
+ 74,9 |
|
338 |
Сгр+О2 = СО2 |
- 393,5 |
|
339 |
SiCl4 (г) + 2 H2 (г) Si (к) + 4 HCl (г) |
+ 295,2 |
|
340 |
Mg3N2 (к) + 6 H2O (ж) 3 Mg(OH)2 (к) + 2 NH3 (г) |
-690,22 |