Розв’язування:

Запишемо правило Вант-Гоффа:

Після підстановки чисельних значень, одержимо:

= 3 = 3^{– 4} =

Відповідь: швидкість реакції зменшиться у 54 рази.

3.2. Обчислення в стані хімічної рівноваги Теоретичні положення

• Три ознаки того, що система знаходиться в стані хімічної рівноваги:

а) швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції;

б) в системі не відбуваються ніякі зміни;

в) система є ізольованою.

• Для реакції загального вигляду, що описується стехіометричним рівнянням

аА + bВ → сС + dD,

згідно закону дії мас

К_рівн = , де

К_рівн – константа рівноваги.

• У вираз для константи рівноваги не входять члени, які належать до чистих твердих і рідких речовин, а також розчинників.

Задача №5

Рівновага в системі Н₂ + І₂ ↔ 2НІ встановилась за наступних концентраціях речовин: [Н₂] = 0,25моль/л, [НІ] = 0,9моль/л; [І₂] = 0,05моль/л. Обчислити константу рівноваги та вихідні концентрації йоду та водню.

Дано:

[Н₂] = 0,25 моль/л

[НІ] = 0,9моль/л

[І₂] = 0,05моль/л

Обчислити: К_{рівн. ‑} ?; С_вих.(І₂) ‑ ?; С_вих.(Н₂) ‑ ?

Розв’язування:

Хімічна реакція:

Н₂ + І₂ ↔ 2НІ

Запишемо вираз для константи рівноваги реакції:

К_рівн =

Після підстановки чисельних значень:

К_рівн = = 64,8

За рівнянням реакції обчислимо кількість речовини водню та йоду, які реагують з утворенням 0,9моль НІ:

з 1 моль Н₂ утворюється 2 моль НІ

х моль Н₂ ‑ 0,9 моль НІ

n(Н₂) = = 0,45моль

Обчислимо вихідні концентрації водню та йоду:

С_вих.(Н₂) = [Н₂] + n_{прореаг.}(Н₂) = 0,25+0,45 = 0,7моль/л

з 1 моль І₂ утворюється 2 моль НІ

з х моль І₂ ‑ 0,9моль НІ

n_{прореаг..}(І₂) = = 0,45моль

С_вих.(І₂) = [І₂] + ν_{прореаг.}(І₂) = 0,45+0,05 = 0,5моль/л

Відповідь: К_рівн.=64,8; С_вих..(І₂)=0,7моль/л; С_вих.(Н₂)= 0,5моль/л.

Задача №6

Обчислити рівноважні концентрації водню та йоду в системі Н₂ + І₂ ↔ 2НІ, якщо вихідні концентрації водню та йоду складають по 0,02 моль/л, а рівноважна концентрація НІ дорівнює 0,03моль/л. Обчислити константу рівноваги.

Дано:

С_вихН₂ = 0,02моль/л

С_вихІ₂ = 0,02моль/л

[НІ] = 0,03моль/л

Обчислити:

К_рівн ‑ ?

[Н₂] ‑ ?

[Н₂] ‑ ?

Розв’язування:

Згідно рівняння Н₂ + І₂ ↔ 2НІ обчислимо кількість моль Н₂ і І₂, які вступили в реакцію з утворенням 0,03моль НІ:

n_{прореаг}Н₂ = = 0,015моль

n_{прореаг}І₂ = = 0,015моль

Рівноважні концентрації Н₂ і І₂ відповідно дорівнюють:

[Н₂] = С_вихН₂ – n_{прореаг}Н₂ = 0,02 – 0,015 = 0,005моль/л

[І₂] = С_вихІ₂ – ν_{прораег}І₂ = 0,02 – 0,015 = 0,005моль/л

Обчислимо константу рівноваги даної реакції згідно формули:

К_рівн =

К_рівн = = 36

Відповідь: [Н₂] = 0,005моль/л, [І₂] = 0,005моль/л, К_рівн = 36.

Задача №7

Як зміниться швидкість прямої реакції СО₂ + С  2СО при зменшенні концентрації СО₂ у чотири рази. Запишіть вираз константи рівноваги даної реакції. Як змістити рівновагу в даній системі у бік прямої реакції , регулюючи тиск?

Дано:

Обчислити:

Розв’язування:

Рівняння хімічної реакції: СО₂ + С  2СО

Записуємо вираз закону дії мас для υ₁:

υ₁ = κ ∙ С (СО₂)

Позначимо, С(СО₂) = х моль/л. Підставимо в рівняння для υ₁ замість С(СО₂) –х, тоді υ₁ = κ∙х.

Після зменшення концентрації СО₂ у 4 рази, вона становитиме ¼ х моль/л:

υ₂ = κ∙1/4 х

Відповідь: Після зменшення концентрації СО₂ у 4 рази швидкість прямої реакції зменшиться в 4 рази.

СО₂ + С_(тв.)  2СО (гетерогенна реакція)

Для гетерогенних реакцій у вираз К_рівн. входять концентрації речовин, які перебувають у газовій або рідкій фазі.

К_рівн. =

Відповідь: так як пряма реакція (утворення СО) супроводжується збільшенням об’єму системи (кількість моль реагентів – 1, кількість моль продуктів – 2), то згідно принципу Ле Шательє, для зміщення рівноваги у бік прямої реакції (збільшення виходу СО) необхідно зменшувати тиск.

Задача №8

Обчислити вихідну та рівноважну концентрації азоту в системі N₂ + 3H₂  2NH₃, якщо рівноважні концентрації водню та аміаку відповідно дорівнюють 0,2 та 0,08моль/л, а константа рівноваги – 0,1.

Дано:

К_рівн = 0,1

[H₂] = 0,2моль/л

[NH₃] = 0,08моль/л

Обчислити:

[N₂] = ?

C_вих (N₂) = ?