Рекомендуемая литература

1.Краткий справочник физико - химических величин./ Под ред. Равделя и Пономаревой.2010.

2.Н.В.Коровин Н.В. Общая химия: учебник -13 изд., - М.: Изд.центр Академия, 2011.

3. Общая химия. Теория и задачи: Учебное пособие / Под ред. Н.В. Коровина и Н.В. Кулешова – СПб.: Изд. Лань, 2014.

4.Задачи и упражнения по общей химии. Под ред. Н.В.Коровина. М.:Высшая школа, 2006.

Некоторые примеры решения задач по теме

Задача 1

Рассчитать К_р и К_с реакции

С_(к) + СО_2(г) = 2СО_(г)

при 298 К и 1000 К, если

∆_rG⁰₂₉₈ = 120,15 кДж; ∆_rG⁰₁₀₀₀ = -3,16 кДж.

Сделайте вывод о выходе продукта реакции

Решение

К_р = ; К_р = К_с(R^*T)^∆n , К_с =

∆_rG⁰_Т = - RTlnК_р  K_p =exp(-∆G⁰_Т /RT)

К_р298 = exp(-120^.10³/8,31^.298) = ехр(-48,5) = 810^-22;

K_p1000 = exp(+3160/8,31^.1000) = ехр(0,38) = 1, 46.

К_с = ∆n = 2-1=1

К_{с 298} = = 310^-23 К_{с 1000} = = 0,018

При 298 К - К_р < 0  в равновесной смеси практически отсутствуют продукты и смещение в сторону получения исходных веществ.

При 1000 К - К_р  1  в равновесной смеси преобладают продукты, их выход растет с ↑Т,

Задача 2

Определить равновесные концентрации веществ для реакции: С(к) + СО₂(г) = 2СО(г) , если С_исх СО₂ = 0,5 моль/л; реакция протекает при:Т = 1000 К в закрытом сосуде и в начальный момент:

продукт отсутствовал; уголь - в избытке и К_с¹⁰⁰⁰ = 0,018

На сколько изменится давление в системе при равновесии по сравнению с исходным?

Решение. Составим таблицу материального баланса

Таблица материального баланса

Компонент	С	СО2	СО
Начальные концентрации, Сисх , моль/л	-	0,5	0
Изменение концентраций, ∆С, моль/л	-	х	2 x
Равновесные концентрации С равн, моль/л	-	0,5 – x	2 x

К_с=0,018

Запишим выражение константы равновесия:

К_с = _;

_{Подставив значения находим:}

К_с = = 0,018.х = 0,0387 моль/л

С_{СО равн} = 2^. 0,0387 = 0,0774 моль/л

С CO_2равн = 0,5 - 0,0387 = 0,4613 моль/л

Так как Р = сR*T

То Р₀ = с_исх R*T = 0,5 ^. 0,082 ^.1000 = 41 атм

Р_равн = ∑с_равн R*T =(0,0774 +0,4613)^.0,082 ^.1000 = 44,173атм

Задача 3

Как увеличить выход продуктов реакции

С(к) + СО₂(г) = 2СО(г) ∆_rH⁰₂₉₈ 0

Решение

Чтобы повысить выход продукта СО  нужно

равновесие смещать вправо:

а) ↑Т _{системы}, т.к. ∆_rH⁰₂₉₈  0;

б) ↓Р_{системы}, т.к прямая реакция идет с ↑числа молей газообразных веществ;

в) ↑РСО₂ и ↓РСО (выводить СО из сферы реакции).

Задача 4

Рассчитать ∆_r H⁰₂₉₈ и ∆_r H⁰₁₀₀₀ реакции

С(к) + СО₂(г) = 2СО(г),

считая постоянными теплоемкости реагентов в данном температурном интервале.

Решение

∆_rН⁰_Т = ∆_rН⁰₂₉₈ + ∆_rС⁰_р (Т - 298)

Справочные данные:

Вещество	ΔfН0298, кДж/моль	С0р298 ,Дж/(моль.К)
С(графит)	0,0	8,54
СО2 (г)	-393,5	37,41
СО (г)	-110,5	29,14

Δ_rН⁰₂₉₈ = 2Δ_fН⁰₂₉₈ СО(г) - Δ_fН⁰₂₉₈ С(к) - Δ_fН⁰₂₉₈ СО₂(г) =

= 2(-110,5) – 0 – (-393,5) = 172,5 кДж.

Δ_rН⁰₂₉₈ >0 - реакция эндотермическая

∆_rС⁰_р = 2С⁰_р298 СО(г) – С⁰_р298 С(к) – С⁰_р298 СО₂(г) =

= 2^.(29,14) – 8,54 – 37,41 = 12,33 Дж/К.

∆_rН⁰₁₀₀₀ =172,5 + 12,33^.10^-3.(1000 - 298) = 181,16 кДж.

Задача 5

Рассчитать ∆_r S⁰_Т реакции

С(к) + СО₂(г) = 2СО(г),

при 298К и при 1000К, считая С⁰_pi = const в рассматриваемом температурном интервале.

Решение

∆_r S⁰_Т = ∆_r S⁰₂₉₈ + ∆_rС⁰_р ln

Справочные данные:

Вещество	S0298, кДж/(моль.K)	С0р298 ,Дж/(моль.К)
С(графит)	5,74	8,54
СО2 (г)	213,68	37,41
СО (г)	197,54	29,14

Δ_r S⁰₂₉₈ = 2S⁰₂₉₈ СО(г) - S⁰₂₉₈ С(к) - S⁰₂₉₈ СО₂(г) =

= 2(197,54)–5,74–213,68=175,66 Дж/K

∆_rС⁰_р = 2С⁰_р298 СО(г) – С⁰_р298 С(к) – С⁰_р298 СО₂(г) =

= 2^.(29,14) – 8,54 – 37,41 = 12,33 Дж/К.

∆_r S⁰₁₀₀₀ = 175,66 + 12,33^.10^-3. ln (1000 / 298) = 190,59 Дж/К

Задача6 Определить температурную область самопроизвольного протекания реакции

С(к) + СО₂(г) = 2СО(г),

при стандартных состояниях компонентов.

Решение

Реакция протекает самопроизвольно при стандартных состояниях компонентов, если:

∆_r G⁰_Т=∆_r H⁰₂₉₈+∆_rС⁰_p dT+Т∆_r S⁰₂₉₈+Т∆_rС⁰_p/T) dT < 0

Допустим: ∆_r H⁰ и ∆_r S⁰ не зависят от температуры:

∆_r G⁰_Т = ∆_r H⁰₂₉₈ - T∆_r S⁰₂₉₈ < 0

Тогда подставив найденные в задачах4 и5 ∆_r H⁰ и ∆_r S⁰ получаем:

(172,5 – Т∙175,66∙10^-3) < 0 Тр = 982 К

Т > 982 К

Справочные данные:

Вещество	Интервал температур, .К
С(графит)	(298 – 2300) К
СО2 (г)	(298 – 2500) К
СО (г)	(298 – 2500) К

Следовательно: Область температур протекания реакции: 982 ÷ 2300

Задача1. Во сколько раз изменится скорость реакции

2СО(г) + О₂(г)® 2СО₂(г)

при увеличении давления в системе в 10 раз? Температура системы поддерживается постоянной.

Решение. Предположим, что рассматриваемая реакция является элемен­тарной, т. е. для нее справедлив закон действующих масс:

υ = k×с²(СО)×с(О₂).

Учитывая, что концентрация и парциальное давление связаны прямо пропорциональной зависимостью

р_i = с_i×RT,

получим, что υ= k×р²(СО)×р(О₂).

После увеличения давления в системе в 10 раз :

Отсюда υ¢/υ = 1000. Следовательно, скорость реакции увеличится в 1000 раз.

Задача 2. В гомогенной реакции А ® В + С с общим порядком, равным единице, константа скорости k₁ = 5×10^-5 с^-1. Определите концентрацию веществ А и В и скорость реакции через 1 час, если начальная концентрация А составляла 0,2 моль/л.

Решение. Для реакции 1-го порядка справедливо уравнение

где с – текущая концентрация вещества в момент времени τ, с₀ – начальная концентрация, k – константа скорости, τ – время,c

Через 1 час:

Из уравнения реакции следует, что концентрация вещества В возрастает на ту же величину, на какую убывает концентрация А, т. к. из 1 моль А получается 1 моль В. Поэтому через 1 час:

Рассчитаем скорость:

Задача 3. При температуре 100°С константа скорости реакции второго порядка

2НI(г) ® Н₂(г) + I₂(г)

равна 8,83×10^-16 л/(моль×с). Определите время полупревращения йоди­стого водорода, если начальная концентрация его равна 1 моль/л.

Решение. Воспользуемся уравнением для реакции второго порядка:

Задача4. В реакции второго порядка А + В ® D за 1 час концентрации веществ А и В уменьшились по сравнению с начальной с_{0 А} = с_{0 В} = 0,2 моль/л на 30 %. Определите константу скорости и скорость реакции в начальный момент времени и через час после начала реакции.

Решение. Концентрации веществ А и В за 1 час уменьшились на

0,3×с₀ = 0,06 моль/л. Отсюда, через час концентрации составят

с_А = с_В = 0,2 – 0,06 = 0,14 (моль/л).

Для реакции 2го порядkа

V = k c² = 5,95×10^-4× 0,2²моль/л с

V₁= k c_A²=5,95×10^-4×0,14²моль/л с

Задача 5. Рассчитайте изменение константы скорости реакции, имеющей энергию активации 191 кДж/моль, при увеличении температуры от 330 до 400 К.

Решение. Зависимость константы скорости реакции от температуры опре­деляется уравнением Аррениуса.

Логарифм отношения констант скоростей реакции при температурахТ₂ и Т₁ соответственно равен

где R = 8,31 Дж/(моль×К) – универсальная газовая постоянная.