Примеры решения задач

Пример 1. При состоянии равновесия в системе N_2(г) + 3H_2(г) ↔2NH_3(г); Н = 92,4кДж концентрации веществ равны: [N₂] = 3моль/л; [H₂] = 9моль/л; [NH₃] = 4моль/л. Определите: а) константу равновесия реакции; б) исходные концентрации N₂ и H₂; в) в каком направлении сместится равновесие с ростом температуры; с уменьшением объёма реакционного сосуда?

Решение: а) в соответствии с уравнением реакции константа равновесия определяется соотношением: K_с = = 0,0073.

K_с << 1, т.е. равновесие смещено влево, преобладает обратная реакция.

б) исходная концентрация вещества складывается из прореагировавшей и равновесной: C(N₂) = C^(N₂) + [N₂]; C(H₂) = C^(H₂) + [H₂].

Из уравнения реакции видно, что для образования 2 моль NH₃ расходуется 1 моль N₂ и 3 моль Н₂. Т.к. в момент равновесия [NH₃] = 4 моль/л, то С^(N₂) = 2 моль/л; C^(H₂) = 6 моль/л: C(N₂) = 3 + 2 = 5 (моль/л), C(H₂) = 9 + 6 = 15 (моль/л).

в) при увеличении температуры равновесие сместится влево, в сторону эндотермической реакции; при уменьшении объёма реакционного сосуда увеличивается давление и равновесие смещается вправо, в сторону уменьшения числа молей газовой смеси.

Ответ: K_с = 0,0073; 5 моль/л N_2, 15 моль/л Н₂.

Пример 2. Константа равновесия реакции FeO_(K) + CO_(г) Fe_(K) + CO_2(г) при некоторой температуре равна 0,5. Вычислите равновесные концентрации CO и CO₂, если начальные концентрации составляли: C(CO₂) = 0,05 моль/л; C(CO₂) = 0,01 моль/л.

Решение: запишем выражение константы равновесия: K_с = = 0,5.

Пусть прореагировало х моль СО, тогда по уравнению реакции из х моль СО получилось х моль СО₂. Тогда:

[CO] = C(CO)  C'(CO) = (0,05  х) моль/л

58

[CO₂] = C(CO₂)  C'(CO) = (0,01 + х) моль/л

K_с = = 0,5. Отсюда х = 0,01 моль.

Тогда равновесные концентрации будут равны:

[CO] = 0,05  0,01 = 0,04 (моль/л)

[CO₂] = 0,01 + 0,01 = 0,02 (моль/л)

Ответ: [CO] = 0,04 M, [CO₂] = 0,02 M.

Пример 3. При отравлениях арсенатами в крови обнаруживают ионы, способные замещатьионы в процессе метаболизма. Рассчитайте равновесную концентрациюионов в водном растворе, если [] =

10^4 моль/л, а константа равновесия для реакции ↔ H⁺+ при 25⁰ равна 10^12.

Решение: 1) По закону действующих масс: K_с = = 10^12.

2) По уравнению реакции [] = [H⁺] и пусть равнохмоль/л, тогдаK_с = = 10^12. Отсюда x == 10^8 моль/л.

Ответ: 10^8 моль/л.

Пример 4. Чему равна массовая доля водорода и йода, превращающихся в йодоводород, если они взяты в реакцию по 1 моль каждый, а константа равновесия при температуре опыта равна 4?

Решение: составим таблицу:

H₂ + I₂ ↔ 2HI

Взято, моль/л 1 1

К моменту равновесия прореагировало х х

Осталось 1х 1х

Образовалось 2х

Если равновесные концентрации водорода и йода составляют 1  х, а йодоводорода 2х моль/л, то

K_р = = 4, отсюдах = 0,5 (моль/л).

Таким образом, массовые доли Н₂ и I₂, превратившихся в HI, равны и составляют 50%.

Ответ: 50%.

59

Пример 5. Для реакции 2CO₂ ↔ 2CO + O₂ при 2000⁰С состав равновесной смеси выражается объёмными долями: 85,2% CO₂, 9,9%CO и 4,9%O₂, а общее давление в системе составляет 101,3 кПа. Чему равна константа равновесия этой реакции при данной температуре, выраженная через:

а) парциальные давления реагирующих веществ (K_p),

б) их молярные концентрации (K_с)?

Решение: парциальное давление газа равно общему давлению, умноженному на объёмную долю газа в смеси, поэтому:

а) р(CO₂) = 101,3^.0,852 = 86,3 (кПа)

б) p(CO) = 101,3^.0,099 = 10,0 (кПа)

в) p(O₂) = 101,3^.0,049 = 4,9 (кПа)

K_p == 0,067.

Для данной реакции n = 32= 1. Тогда K_р = = 3,6.

Ответ: K_p = 0,067; K_c = 3,6.

Пример 6. Какими способами в системе: 2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃  H можно смещать равновесие в сторону большего выхода SO₃ при заданной концентрации SO₂?

Решение: по принципу Ле Шателье это достигается:

а) повышением концентрации О₂;

б) уменьшением концентрации SO₃ (удаления из сферы реакции);

в) повышением давления;

г) понижением температуры до такого ее значения, при котором скорость реакции еще достаточна для относительно быстрого достижения равновесия.