методичка химия

не зависит от концен-

трации. Поэтому, при повышении концентрации исходных веществ, при неизменном значении Кс, должна возрастать концентрация конечного продукта (NH3), а это возможно в случае, когда реакция протекает в прямом направлении (—»). При повышении концентрации NH3, при постоянном значении Кс, должны возрасти концентрации исходных веществ, а это возможно при протекании обратной реакции, т.е. в этом случае равновесие сместиться влево (<—). Аналогично, при понижении концентрации исходных веществ равновесие будет смещаться в сторону обратной реакции (<—), сопровождающейся уменьшением концентрации конечного продукта (NH3); а уменьшение концентрации NH3 приведет к смещению равновесия вправо (—*), т.к. при протекании прямой реакции концентрации исходных веществ будут уменьшаться.

в) Влияние давления.

Из уравнения Менделеева-Клапейрона PV = nRT следует, что

Р= — RT = CRT. Y

При увеличении давления концентрации газообразных веществ возрастают, а при уменьшении давления - уменьшается. Таким образом, изменения давления сводится к изменению концентрации во столько же раз.

С другой стороны изменение давления смещает равновесие в сторону той, (прямой или обратной) реакции, которая сопровождается уменьшением суммарного числа моль газообразных веществ (уменьшением давления). Для реакции

80

Тогда, при увеличении давления равновесие будет смещаться в сторону прямой реакции (—>), а при уменьшении давления в сторожу обратной реакции (<—).

Если число моль газообразных веществ исходных и конечных продуктов равны: СиО(к) + Н2(Г) < = > Си + Н20(г).

Хкон1МвЬ=' МОЛЬ.газ, то изменением давления нельзя

сместить равновесие в системе.

г) Влияние объема

Объем обратно-пропорционален концентрации: С = ^ . Следовательно, при увеличении объема системы концентрация реагирующих веществ и продуктов реакции будет уменьшаться, а при уменьшении объема - увеличиваться. Таким образом, изменение объема системы сводится к изменению концентрации, влияние которой было рассмотрено выше в пункте (б).

Примеры решения задач

Уровень А

1. Указать правильное выражение константы равновесия следующей реакции: S(k) + 0 2 <=> S02(r).

Р е ш е н и е

Kp есть отношение произведения равновесных парциальных давлений газообразных продуктов реакции к произведению равновеспарциальных давлений исходных газообразных веществ, взя-

81

2.Определить, как изменится скорость прямой реакции А(г) +

+2В(Г) = 2С(Г),

если увеличить давление в системе в 2 раза;

а) не изменится; б) увеличится в 4 раза;

в) уменьшится в 4 раза; г) увеличится в 8 раз.

Р е ш е н и е

Скорость реакции в начальный момент времени (uo), согласно законам действующих масс, равна: и0 = К • СА • с | . Увеличение давления в 2 раза равносильно увеличению концентрации исходных веществ во столько же раз.

Тогда и, = К • 2СА • (2СВ )2 = 8К • СА • (СВ)2 = 8о0. Константа скорости реакции от концентрации реагирующих веществ не зависит.

4L

Следовательно, скорость реакции — =8 увеличится в 8 раз

Ответ: б) увеличится в 8 раз.

3. На основании принципа Ле Шателье определить правильное направление смещения равновесия в следующей системе:

2S02(r) + 02(г) <=> 2S03(r), ДГН°(298К) = -284,2 кДж.

При а) понижении температуры и б) повышении давления.

82

3 а) <— б) не сместится

Р е ш е н и е

а) Константа равновесия реакции

Смещение равновесия реакции зависит от знака ДГН°(298К). Т. к. ДГН°(298К)<0, т. е. реакция экзотермическая, то при понижении температуры равновесие сместится в сторону прямой реакции (—>), идущей с выделением теплоты т.е. вправо.

б) В соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давле- ния смещает равновесие в сторону той (прямой или обратной) реак- ции, которая сопровождается уменьшением суммарного числа моль газообразных веществ.

X пТсхТГ = ЗмольБО 2(Г) + 1мольО 2(Г) = Змоль(газ);

Следовательно, при повышении давления равновесие системы смещается вправо (—>).

Ответ: 4а) — б ) ->.

Уровень В

1.Указать во сколько раз изменится скорость реакции, энер- ^ активации, которой равна 60 кДж/моль: а) при повышении температуры от 320 до 360 К? б) если она протекает при 298 К в присутствии катализатора (Еа1сг(кат) = 48 кДж/моль)?

83

Дано:

Еак = 60 кДж/моль а) Ti = 320К,

Т2 = 360К б) Т = 298К,

£«(*»,) = 4 8 кДж/моль

а)

и 3 2 0

б) "кат.. 7 U

Р е ш е н и е

а) Из уравнения Аррениуса получаем:

где 10 - коэффициент пересчета кДж в Дж, тогда

^360 =ю,'09= 12,3 раза.

и320

б) Зависимость скорости реакции от наличия катализатора BI ражается уравнением:

84

т_ ArH°(298K)-l03

где 103 - коэффициент пересчета кДж в Дж

ArH°(298K) = 2AfH°(298K, СО(г)) -

- [ДЛ°(298К, C02(r)) + AfH°(298K, Ск )];

АГН°(298К) = 2-(-110,5) - [(-393,5) + 0] = 172,47 кДж. ;

ArS°(298K) = 2 S°(298K, CO(r)) - [S°(298K, C02(r)) + S°(298K, C(k))] - = 2-197,5 - (213,7 + 5,74) = 175,6 Дж/К;

Ответ: Kp = 1 при 982 К.

3. Вычислить константу равновесия для гомогенной системы:

4ШЗ ( г)+302(г) <=> 2N2(r) + 6Н20(Г)

если исходные концентрации NH3(r) и 02(Г) соответственно равны 6,0 и 5,0 моль/л и равновесная концентрация N2(r) равна 1,8 моль/л.

Дано:

Уравнение реакции, C W ) = 6,0 моль/л

С0 г =5,0 моль/л [N2] = 1- 8 моль/л

К ^ Т ?

86

Ре ш е н и е

с[ M f 3 ] 4 - [ 0 2 ] 3 '

Расчет количеств, прореагировавших и образовавшихся веществ, производится по уравнению реакции.

Равновесная концентрация исходных веществ равна разности исходной концентрации и концентрации прореагировавших исходных веществ. Равновесная концентрация продуктов реакции равна количеству образовавшихся продуктов реакции.

Обозначим за X количество моль прореагировавших или образовавшихся веществ. Тогда с учетом коэффициентов в уравнении реакции, отношения концентраций во второй строке под уравнением реакции равны: (СN H> / C 0 j /СЫ г / СНг0 = 4/3/2/6).

Последовательность расчетов равновесных концентраций веществ, участвующих в реакции показана ниже: исходные вещества продукты реакции

По условию задачи равновесная концентрация N2 равна 1,8 моль/л. В то же время [N2] = 2Х. Следовательно, 2Х = 1,8, а X = 0,9 моль/л.

огДа равновесные концентрации веществ равны:

[NH3] = 6,0-4-0,9 = 2,4 моль/л; [02] = 5,0-3-0,9 = 2,3 моль/л; [N2] = 1,8 моль/л;

87

Задачи

Уровень А

5.1. Указать правильное выражение константы равновесия реакции:

С(к) + н2 0( г) <=> СО + Н2(г):

5.2. Определить, как изменится скорость прямой реакции: Аг + 2ВГ = 2СГ, если: уменьшить давление в системе в 3 раза;

а) увеличится в 9 раз; б) уменьшится в 9 раз; в) уменьшится в 27 раз; г) увеличится в 27 раз.

5.3. На основании принципа Ле Шателье определить правильное направление смещения равновесия в следующей системе: 2NO(r) +

+ 02(Г) <=> 2N02(r);

АГН°(298К) = -116,0 кДж при а) понижении температуры и б) по-

88

5.4. Указать правильное выражение константы равновесия реакции:

СаСОз(к) <=> СаО(К) + С02(г):

5.5. Определить, как изменится скорость прямой реакции:

Аг + 2ВГ = АВГ, если концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза;

а) увеличится в 2 раз; б) уменьшится в 4 раз; в) увеличится в 8 раз; г) не изменится.

5.6. На основании принципа Jle Шателье определить правильное направление смещения равновесия в следующей системе: FeO(k) +

+ СО(г)<=> Fe(k)+C02(r); ДГН°(298К) = -18,2 кДж при а) понижении температуры и б) повышении давления.

5.7. Указать правильное выражение константы равновесия реакции:

4Fe(K) + 302(г) <=> 2Fe203(K):

89